JP2000104120A

JP2000104120A - 金属棒材の熱処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2000104120A
Application number: JP10274745A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Watanabe; 康男渡辺; Yoshiyuki Morishita; 芳行森下; Takayuki Ishii; 孝幸石井
Original assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Current assignee: Dai Ichi High Frequency Co Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-11
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP3688135B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属棒材からなるワーク１を誘導子２で誘導
加熱する際、ワーク端部のオーバーヒートを防止する。【解決手段】高周波電源装置７の出力周波数を最低許
容周波数よりも低い周波数とすると共に、出力制御方式
を出力電流が常に一定に保持される自動電流調整方式と
する。これにより、ワーク端部が通過する際にワーク端
部に磁束が多く通過して誘導電流が増し、温度が高くな
っても、ワーク自身の固有抵抗値ρが増大して電流浸透
深さが大きくなり、誘導電流同志の干渉によるロスが生
じて有効吸収熱量が低下し、自動的に温度が下降し、端
部のオーバーヒートを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、細長い金属棒材を
熱処理する方法及び装置に関し、特に、予め適宜長さに
切断された金属棒材を、その軸線方向の一部領域を誘導
加熱可能な誘導子に対して軸線方向に相対的に移動させ
ることで、前記金属棒材を全長に亘って誘導加熱し、熱
処理する方法及びそれに用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドリルのビットや精密機械用のシャフト
には、優れた耐摩耗性を付与するために焼入れなどの熱
処理が施されているが、その熱処理を効率良く実施する
ために、最終製品に加工する前の素材である細長い小径
円柱状の金属棒材の段階で熱処理することが多い。熱処
理に供される金属棒材（以下ワークという）のサイズに
は、外径がｍｍオーダー、長さがｍオーダーと言ったき
わめて細長いものがあり、このようなワークは加熱によ
る軟化と相まって座屈、曲がり等の不都合な変形が極め
て生じやすい。従来は上記熱処理がバッチ式で行われ、
上記変形を避けるために能率の低い作業を余儀なくされ
てコスト高となっていた。

【０００３】そこで本出願人は、上記状況を改善すべく
検討の結果、複数基のピンチスキューローラセットによ
ってワークを回転させながら軸線方向に連続的に走行さ
せ、ピンチスキューローラセットの間に配置した誘導子
で走行中のワークを所定の熱処理温度に加熱し、下流に
配置した冷却装置で冷却することで、ワークを全長に亘
って連続的に熱処理する装置を開発し、特許出願した
（特開平９−７１８１９号公報参照）。この装置の開発
により、きわめてたわみ易い細長いワークの熱処理が走
行方式で行えるようになり、歩留りを含めた生産性が大
幅に向上した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この装置に
も、更に改良すべき点のあることが判明した。すなわ
ち、図８に示すように、ワーク１を誘導加熱するための
誘導子２としては通常コイル状のものが１個若しくは複
数個使用され、その長さＬ（複数個使用した場合は合計
長さ）は、通過するワーク１を熱処理のために必要な所
定温度に昇温させ且つその温度に一定時間保持すること
ができる長さに設定されているが、この誘導子２をワー
クの端部が通過する際に端部がオーバーヒートされて、
熱処理品質が端部で変化するという問題があった。

【０００５】ワーク端部に生じるオーバーヒートの原因
は次のように考えられる。一般に、ワークを、それを包
囲するコイル状の誘導子で誘導加熱する際、ワーク内に
生じる誘導電流は表面が最も高く、中心に向かうにつれ
て指数関数的に減少する。例えば、図９（ａ）に示すよ
うに、ワーク１を誘導加熱する場合において、ワーク１
の中心Ｏを通る直線Ａ−Ａを想定し、その直線上におけ
る誘導電流の大きさを表示すると、ワーク１の片側では
曲線１１Ａのように、反対側では曲線１１Ｂのように、
表面から中心に向かって指数関数的に減少し、且つその
極性は反対となっている。そして、電流浸透深さδ、即
ちワーク内における誘導電流の値が表面の１／εに減少
する深さδは、ワークの固有抵抗値ρ、透磁率μ、周波
数ｆ等の関数であり、中実の円柱材に対しては数１に示
す（１）式で表される。

【０００６】

【数１】

【０００７】この電流浸透深さδが大きくなると、図９
（ｂ）に曲線１２Ａ、１２Ｂで示すように、ワーク表面
の誘導電流が減少し、ワーク中心部分での誘導電流が大
きくなり、しかも中心部では極性が逆の誘導電流が流れ
るため、相互に干渉してロスを生じてしまう。このよう
なロスを生じ始める電流浸透深さδに対応する周波数を
許容最低周波数（以下ｆ_MIN で表す）という。図９に示
すような中実の円柱材に対しては、最低許容周波数ｆ
_MIN は次の（２）式で表される。ｆ_MIN ＝７７．５ρ／μａ² ・・・（２）

【０００８】ワークの誘導加熱に使用される周波数は、
通常、許容最低周波数ｆ_MIN の３〜５倍程度に設定され
ており、誘導電流間の干渉によるロスを避けている。

【０００９】そして、ワーク１の加熱温度を一定に保つ
ための制御方式としては、鋼材等のワークは温度が上昇
すると固有抵抗値が増大するという特性をもっているの
で、この特性を考慮して高周波電源装置３の誘導子２へ
の出力電圧を一定に制御する制御方式（以下自動電圧調
整方式という）が採用されている。誘導子２によるワー
ク１の加熱熱量Ｗは、誘導子への印加電圧Ｖと負荷イン
ピーダンスＺの関数であり、通常、次の（３）式で表さ
れる。ただし、ｋは定数。Ｗ＝ｋＶ² ／Ｚ・・・・（３）

【００１０】前記したように鋼材等のワークは温度が上
昇すると、固有抵抗値ρが増大する特性を有しており、
このため、ワークの加熱温度が低い時は固有抵抗値ρが
小さく、負荷インピーダンスＺが小さいが、ワークの加
熱温度が高くなると、固有抵抗値ρが大きく、負荷イン
ピーダンスＺが大きくなる。従って、誘導子２への印加
電圧Ｖを一定に制御する自動電圧調整方式を採用する
と、上記（３）式から、温度が低いと加熱熱量Ｗが大き
いが、温度が上昇すると加熱熱量Ｗが低下し、ワークの
加熱温度は自動的に所定温度に収斂し、一定温度に保持
することができ、ワークの温度を直接測定してフィード
バック制御を行うことなく、安定してワークを一定温度
に加熱し、保持できる。

【００１１】ところが、図８（ｂ）に示すように、ワー
ク（先行のワークと後続のワークを区別するため１Ａ、
１Ｂで示す）を続けて熱処理する場合において、ワーク
１Ａ、１Ｂの端部が誘導子２内を通過する際、その誘導
子２内にはワーク１Ａ、１Ｂの端部とその間の空間５が
存在することとなり、誘導子２から見た加熱対象の負荷
インピーダンスＺ_E は、ワークのみが通過している時の
負荷インピーダンスＺに比べて小さくなる。このため、
自動電圧調整方式では、誘導子２の高周波電流量が増大
し、ワーク１Ａ、１Ｂに生じる誘導電流が増加して加熱
熱量が増大する。しかも、ワーク端部が誘導子２内を通
過する際には、空間５内を通るべき磁束がワーク端部内
に集中してしまい、この点からもワーク端部の誘導電流
量が増大し、オーバーヒートを生じていた。また、ワー
クを次々と供給する際にワーク端部間の空間５の長さｄ
を一定になるように考慮しなかったところ、この長さｄ
が、ワーク端部が通過する際の負荷インピーダンスＺ_E
及び磁束のワーク端部への集中に影響しており、これに
よってもワーク端部の加熱温度が変動していた。

【００１２】更に、ワークの熱処理速度（ワークの走行
速度）を高めようとすると、誘導子２の長さＬを長く
し、投入熱量を大きくする必要があるが、その際にはワ
ーク端部のオーバーヒートが一層拡大される。特に、熱
処理すべきワークとして、高速度鋼などの特殊鋼を用い
る場合には、加熱温度が、例えば１２００°Ｃと高く且
つ許容温度範囲が、±１０°Ｃ程度ときわめて厳しいた
め、ワーク端部のオーバーヒートが重大な問題となって
きた。

【００１３】本発明は上記した問題点を解決せんとする
もので、細長いワークを誘導子に対して相対的に且つ軸
線方向に移動させて誘導加熱する熱処理方法において、
ワーク端部のオーバーヒートを防止し、ワーク全長を均
一な温度に昇温させて均一に熱処理することを可能とす
る熱処理方法を提供することを目的とする。

【００１４】また、本発明は、複数のワークを次々と誘
導子を通して誘導加熱する熱処理装置において、誘導子
を通過する際の先行ワークと後続ワークの間隔を一定に
保って走行させることができ、これによりワーク端部の
温度をワーク間でも均一化することを可能とする熱処理
装置を提供することも目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１（ａ）に
示すように、細長いワーク１を、その軸線方向の一部領
域を誘導加熱可能な誘導子２に対して軸線方向に相対的
に移動させることで、ワーク１を全長に亘って誘導加熱
し、熱処理する方法において、前記誘導子２に高周波電
流を供給する高周波電源装置７の出力周波数を、最低許
容周波数よりも低い値とし、且つ前記高周波電源装置７
の出力制御方式を出力電流が一定に保持される自動電流
調整方式としたことを特徴とする。

【００１６】誘導子２に対して一定電流を供給すると、
その誘導子２で囲まれた空間内には通常一定強さの磁界
が生じ、その中のワーク１に対して誘導電流を生じさせ
る。この時、図９（ａ）、（ｂ）に示したように、電流
浸透深さδが異なると、誘導電流量そのものが異なるば
かりでなく、発熱に有効に利用される電流量も異なるこ
ととなり、ワークの吸収熱量が異なる。今、電流浸透深
さδがワークに吸収される電力に与える影響を見るため
に、ワークに一定強さの磁界を加えて誘導加熱した際の
（従って、誘導子２に一定電流を流して誘導加熱した際
の）ワーク単位体積当たりの有効吸収電力Ｑと無効吸収
電力Ｐを計算すると、図２に示すグラフが得られる。な
お、このグラフにおいて、横軸には、γａ＝√２×（ａ
／δ）を取っている。前記した許容最低周波数ｆ_MIN
は、有効吸収電力Ｑが最大となる点（γａ＝Ｘ₀ ≒
２．５）に対応するものである。本発明では許容最低周
波数より低い周波数を用いることを特徴とするものであ
り、γａが２．５以下の適当な範囲を使用することとな
る。以下、本発明方法によりワーク１の端部を含めた全
長を良好に温度管理できる点を説明する。

【００１７】今、図２のグラフにおいて、γａを２．５
以下の適当な値Ｘ₁ とした時にワーク１を熱処理のため
の所定温度に昇温、保持しうる有効吸収電力Ｑ₁ を付与
しうるように誘導子２の電流を定めているものとする。
本発明では、誘導子２を流れる電流が一定であるので磁
界の強さが一定となっている。また、ワーク１は通常、
一定速度で誘導子２を通過するので、ワーク１の中間部
分が誘導子２を通過している際には原則としてワークの
加熱熱量が一定となっており、ワークは一定温度に加熱
昇温され、且つ一定時間その温度に保持されることとな
る。ところが、何からの原因で加熱温度が変動すること
がある。しかしながら、ワーク温度が所定温度よりも高
くなると、温度上昇に伴って固有抵抗値ρが大きくなる
ので、電流浸透深さδが大きくなり、γａは小さい値Ｘ
₂ となる。このため、有効吸収電力がＱ₂ に低下し、ワ
ーク温度が低下する。一方、ワーク温度が所定温度より
も低い場合には、固有抵抗値ρが小さくなるので、電流
浸透深さδが小さくなり、γａは大きい値Ｘ₃ となる。
このため、有効吸収電力がＱ₃ に増大し、ワーク温度が
上昇する。このようにして何らかの外乱によってワーク
温度が変化しても、ワーク温度は自動的に所定温度に戻
り、その温度に保持され、均一な熱処理が行われる。

【００１８】次に、図１（ｂ）に示すように、ワーク１
Ａ、１Ｂの端部が通過する際には、誘導子２から見た負
荷インピーダンスが小さくなる。しかしながら、誘導子
２への出力電流が一定に保たれるため、負荷インピーダ
ンスに関係なく、磁界の強さは一定に保たれており、従
来のように磁界の強さが大きくなってワーク端部をオー
バーヒートさせるという現象は生じにくくなる。また、
ワーク端部間の空間５が通過する際には、空間５を通過
すべき磁束がワーク端部を通るため、ワーク端部の磁界
の強さが大きくなり、ワーク端部の誘導電流が増加する
傾向があるが、この場合にも、ワーク端部の温度が高く
なると、電流浸透深さδが大きくなって有効吸収熱量Ｑ
が低下し、これにより自動的に温度が下がり、オーバー
ヒートが防止される。かくして、従来生じていたワーク
端部のオーバーヒートを防止でき、ワークを全長に渡っ
て良好に熱処理することができる。

【００１９】なお、ワーク端部を通過する磁束の強さ
は、先行のワーク１Ａの後端と後続のワーク１Ｂの先端
との間隔ｄの大きさによって変化するので、この間隔ｄ
が変動すると、ワーク端部の誘導電流が変動し、加熱温
度が不安定となる。そこで、ワーク端部が誘導子２内を
通過中、この間隔ｄを常に一定に保ち、且つ、複数のワ
ークを次々と誘導子２に通して加熱する際の各ワーク端
面間の距離ｄも一定とすると、ワーク端部の加熱を安定
化させることができ、好ましい。

【００２０】次に、本発明装置は、複数基のローラセッ
トによって、小径のワークをその軸線を所定の走行軸線
上に保持し、誘導子を配置した加熱領域を通って走行さ
せる構成の熱処理装置において、熱処理すべき後続の金
属棒材を、前記ローラセットで搬送中のワークの後方か
ら、前記ローラセットに供給する金属棒材供給装置を設
け、且つその金属棒材供給装置を、後続の金属棒材を、
前記ローラセットが搬送している先行の金属棒材と同一
軸線上で且つ先行の金属棒材よりも高速で搬送し、後続
の金属棒材の先端が、先行の金属棒材の後端に対して所
定の間隔となる位置に達した時点で、先行の金属棒材と
同一速度に減速し、その速度で前記ローラセットに供給
する構成としたことを特徴とする。この構成によれば、
ローラセットで搬送中のワークの後ろに適当な間隔をあ
けて後続のワークを供給すると、金属棒材供給装置がそ
の後続のワークを先行するワークに向かって走行させ、
所定間隔に追い付いた時点で後続のワークの速度を先行
のワークの速度に合わせてローラセットに供給でき、そ
の後は後続のワークもローラセットで供給されるため、
先行のワークと後続のワークとが所定の間隔を保った状
態で、誘導子を配置した加熱領域を通過することとな
り、常にワーク端部の均一な加熱が行われる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の熱処理方法は、図１、図
２で説明したように、細長いワーク１を、その軸線方向
の一部領域を誘導加熱可能な誘導子２に対して軸線方向
に相対的に移動させることで、ワーク１を全長に亘って
誘導加熱し、熱処理する方法において、前記誘導子２に
高周波電流を供給する高周波電源装置７の出力周波数
を、最低許容周波数よりも低い値とし、且つ前記高周波
電源装置７の出力制御方式を出力電流が一定に保持され
る自動電流調整方式としたことを特徴とする。

【００２２】本発明で熱処理の対象とするワーク２は、
通常は中実円柱状の棒材であるが、これに限らず、図２
のグラフに示すように、電流浸透深さδを大きくした時
（γａを小さくした時）に有効吸収電力Ｑが小さくなる
ような特性領域を備えた棒材であれば任意である。例え
ば、断面が矩形状、多角形状等の中実の棒材でもよい
し、肉厚の厚い中空の棒材（管）でもよい。ワークのサ
イズ（外径等）も特に制限されるものではないが、誘導
電流相互の干渉を生じやすい小径のもの（例えば、２０
ｍｍ以下）に本発明を適用することが好ましい。

【００２３】ワーク２を誘導加熱するための誘導子２
は、通常、図示したようなソレノイドコイル状のものを
用いるが、円筒状或いはリング状のものを１個或いは複
数個用いてもよい。ソレノイドコイル状の誘導子２を用
いる場合においても、単一の誘導子２でワークを常温か
ら熱処理に必要な温度（例えば、高速度鋼に対して約１
２００°Ｃ）に昇温させ、且つ適当な時間その温度に保
持する構成としてもよいし、複数の誘導子を用いてワー
クの昇温及び温度保持を行う構成としてもよい。本発明
は誘導子２への通電制御方式に特徴を有するが、その制
御対象とする誘導子２は、複数の誘導子を用いた場合に
全部の誘導子としても良いし、ワークを所定の熱処理温
度に保持するための誘導子２のみとしてもよい。

【００２４】誘導子２によってワーク１を誘導加熱する
際、そのワーク１を中心軸線を中心として回転させるこ
とが好ましい。このように回転させながら誘導加熱する
と、周方向の温度分布を均一化することができる利点が
得られる。

【００２５】本発明では前記したように誘導子２に供給
する電流の周波数を最低許容周波数ｆ_MIN よりも低い値
とするものである。具体的には、例えば中実円柱状のワ
ーク２の最低許容周波数ｆ_MIN は上記した（２）式で求
めることができるので、これを参考にして設定すればよ
い。また、図２に示すグラフを計算で求め、それを参照
して周波数を設定してもよい。図２を参照して設定する
場合には、γａ値を、有効吸収電力Ｑが最大となる点
（γａ＝Ｘ₀ ≒２．５）よりも少し低い値に設定し、そ
のγａ値に対応する周波数を求めればよい。なお、最低
許容周波数ｆ_MIN或いは、γａ値に対応する周波数は、
ワークの固有抵抗値ρの関数となっており、且つその固
有抵抗値ρは温度の関数である。従って、最低許容周波
数ｆ_MIN 或いはγａ値に対応する周波数を求めるに当た
っては、ワークの所望の熱処理温度に対する固有抵抗値
ρを用いる。

【００２６】誘導子２に加える電流の周波数は、上記し
たように最低許容周波数ｆ_MIN 以下とするものである
が、これを小さくすると（図２のγａ値を小さくする
と）、図２から分かるように、無効吸収電力Ｐが大きく
なり、エネルギーロスが大きくなる。従って、周波数を
あまり小さくすることは好ましくない。従って、γａ値
としては、１．５〜２．５程度に設定することが好まし
く、更には２．０〜２．４に設定することが一層好まし
く、誘導子への電流の周波数はこれらのγａ値に対応す
る周波数とすればよい。

【００２７】本発明では高周波電源装置７の出力周波数
を最低許容周波数ｆ_MIN 以下とし、且つ誘導子への出力
電流を常に一定に保つ構成としたことにより、ワーク温
度が所定温度よりも高くなった時には、ワークの固有抵
抗値ρの変化によって自動的に有効吸収電力が低下して
温度が低下し、逆にワーク温度が所定温度よりも低くな
った時には、ワークの固有抵抗値ρの変化によって自動
的に有効吸収電力が増加して温度が上昇する。かくし
て、オーバーヒートを生じやすいワーク端部に対して
も、オーバーヒートを抑制した均一な加熱が可能とな
り、温度制御の困難な高速熱処理に対応可能となる。

【００２８】次に、本発明装置の実施の形態を説明す
る。図３は本発明の実施の形態による熱処理装置を示す
概略平面図、図４、図５はその熱処理装置を異なる作動
状態で示す概略平面図である。図３〜図５において、１
Ａは先行のワーク、１Ｂは後続のワーク、１Ｃは待機中
のワーク、２はワーク１Ａを誘導加熱するコイル状の誘
導子、７は誘導子２に高周波電流を供給する高周波電源
装置、２１は、ワーク１Ａを所定の走行軸線Ｃ−Ｃ上に
保持して軸線方向に走行させる複数基のローラセットで
ある。複数基のローラセット２１は、各ローラセット間
のワーク１Ａに問題となるようなたわみを生じさせるこ
とがないような間隔で配置されており、その間のワーク
の遊走区間に誘導子２が配置されている。誘導子２は、
その中を通過するワーク１Ａの軸線方向の一部領域を熱
処理に必要な所定温度に加熱し且つ適当な時間に亘って
その温度に保持可能な長さに設計されるが、１個の誘導
子２では、このような長さを確保できない場合には、複
数個の誘導子２をワーク１Ａの走行軸線に沿って配置し
てもよい。高周波電源装置７はその出力周波数を最低許
容周波数ｆ_MIN 以下としており且つ誘導子への出力電流
を常に一定に保つ自動電流調整方式のものである。な
お、図示は省略しているが、ワーク１Ａの走行方向の下
流に、ワークの熱処理に必要な速度でワークを冷却する
冷却装置が設けられている。

【００２９】ローラセット２１は、ワーク１Ａを走行軸
線Ｃ−Ｃ上に保持して軸線方向に走行させることのでき
るものであれば、その構成は任意であるが、この実施の
形態では、ワーク１Ａの回転させながら走行させること
の可能なピンチスキューローラセットが用いられてい
る。このピンチスキューローラセット２１は、図６、図
７に示すように、基台２２と、この基台２２上に、ワー
ク１Ａの走行軸線Ｃ−Ｃをはさんで交互に且つその走行
軸線Ｃ−Ｃに対して微小な角度α₁ （２〜４°程度）傾
斜して配置された複数の受けスキューローラ２３と、ワ
ーク１Ａを受けスキューローラ２３に押しつけるように
且つ受けスキューローラ２３とは反対方向に微小な角度
α₂ （２〜４°程度）傾斜して設けられた１個の押えス
キューローラ２４と、受けスキューローラ２３と押えス
キューローラ２４の一方若しくは双方を回転駆動する駆
動手段（図示せず）を備えており、受けスキューローラ
２３と押えスキューローラ２４の一方若しくは双方を一
定速度で回転させることでワーク１Ａを回転させながら
軸線方向に一定速度で走行させることができる。なお、
ピンチスキューローラセット２１に用いる受けスキュー
ローラ２３は、少なくとも走行軸線Ｃ−Ｃをはさんで１
個ずつあればよいが、図示したように走行軸線Ｃ−Ｃの
両側にそれぞれ複数個設けておくと、受けスキューロー
ラ２３によるワーク１Ａの支持点が多くなってワーク１
Ａを直線状に支持する効果が増し、ワーク１Ａにたわみ
を生じさせることなく安定して支持できる利点が得られ
るので、好ましい。

【００３０】図３〜図５において、３０は、熱処理すべ
き新たなワーク１Ｂをローラセット２１に送り込む金属
棒材供給装置である。この金属棒材供給装置３０は、熱
処理すべき後続の金属棒材１Ｂを走行軸線Ｃ−Ｃ上で軸
線方向に移動可能に保持するローラ３２等の保持手段
と、そのワーク１Ｂの後端を押して走行させるプッシャ
３４と、プッシャ３４を走行させるねじ軸３７、モータ
３８等のプッシャ駆動装置３６と、ローラセット２１に
よって搬送されているワーク１Ａの後端を検出する第一
センサ４０と、その第一センサ４０よりもワーク１Ａの
走行方向に関して後ろ側に所定間隔をあけて配置され、
ワーク１Ｂの先端を検出する第二センサ４２と、第一セ
ンサ４０及び第二センサ４２からの信号に基づいてプッ
シャ３４の走行速度を制御するようプッシャ駆動装置３
６を制御する制御装置（図示せず）と、走行軸線Ｃ−Ｃ
の横に複数の待機中のワーク１Ｃを走行軸線Ｃ−Ｃに平
行に保管する金属棒材保管装置４４と、その金属棒材保
管装置４４に保管されている一つのワーク１Ｃを走行軸
線Ｃ−Ｃの上に供給するフィーダ（図示せず）等を備え
ている。

【００３１】ここで、プッシャ駆動装置３６を制御する
制御装置は、ローラセット２１で搬送されている先行の
ワーク１Ａの後端が第一センサ４０を通過した時刻とプ
ッシャ３４で押されている後続のワーク１Ｂの先端が第
二センサ４２を通過した時刻とから、後続のワーク１Ｂ
の先端が、端部に配置されているローラセット２１に到
達する前に（厳密には、押えスキューローラ２４に到達
する前に）、先行のワーク１Ａの後端に対して所定の間
隔ｄとなる位置に追いつくことを可能とするワークの走
行速度を求めて直ちにプッシャ３４の速度をその走行速
度とし、その後、後続のワーク１Ｂの先端が先行のワー
ク１Ａの後端に対して所定の間隔ｄとなる位置に追いつ
いたタイミングでプッシャ３４の速度をローラセット２
１による先行のワーク１Ａの走行速度に等しくさせるよ
うプッシャ駆動装置３６を制御する構成である。具体的
な制御内容（速度設定）については後述する。

【００３２】次に、上記構成の装置による動作を説明す
る。なお、説明の便宜上、第一センサ４０及び第二セン
サ４２の位置をそれぞれＳ₁ 、Ｓ₂ とし、後続のワーク
１Ｂの先端が先行のワーク１Ａの後端に対して所定の間
隔ｄに追いつく位置をＤ、この時の先行のワーク１Ａの
後端の位置をＥとする。なお、位置Ｄはローラセット２
１の押えスキューローラ２４に接触しない位置で且つ押
えスキューローラ２４に近接した位置を適当に選定すれ
ばよいが、この例では、ワーク１Ａの後端が押えスキュ
ーローラ２４の中心に達した時点でワーク１Ｂが位置Ｄ
に達するものとしており、従って位置Ｅは押えスキュー
ローラ２４の中心位置である。また、各位置Ｓ₁ 、Ｓ
₂ 、Ｄの間隔を図示したように、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ とす
る。ローラセット２１によるワーク１Ａの搬送速度をＶ
₀ とする。

【００３３】図３において、複数のローラセット２１が
ワーク１Ａを回転させながら一定速度Ｖ₀ で走行させて
おり、そのワーク１Ａが誘導子２内を通過する間に熱処
理温度に加熱され、下流の冷却装置（図示せず）で冷却
され、所定の熱処理が連続的に施される。このワーク１
Ａの後端が位置Ｓ₂ の第二センサ４２を通過すると、第
二センサ４２が検出信号を出力し、金属棒材保管装置４
４のフィーダ（図示せず）を作動させて、金属棒材保管
装置４４上の一つのワーク１Ｃを走行軸線Ｃ−Ｃの上に
供給する。この時、プッシャ３４はワークの供給に干渉
しない後端位置に退避している。

【００３４】次に、先行のワーク１Ａの後端が位置Ｓ₁
を通過すると、第一センサ４０がそれを検出し、制御装
置はその検出信号に基づいてカウントを開始すると共
に、プッシャ駆動装置３６の作動を開始させ、走行軸線
Ｃ−Ｃの上に供給されていたワーク１Ｂをプッシャ３４
で押して前進させる。この時のプッシャ３４の走行速度
Ｖ₁ は先行のワーク１Ａの走行速度Ｖ₀ よりも大きく設
定している。次に、図４に示すように、後続のワーク１
Ｂの先端が位置Ｓ₂ の第二センサ４２に到達すると、第
二センサ４２がそれを検出し、制御装置は先にカウント
を開始してからの時間ｔ₁ を計測し、その時間ｔ₁ を基
にして、ワーク１Ｂの先端が位置Ｄに到達した時に先行
のワーク１Ａの後端との間隔が所定の間隔ｄとなるよう
な速度Ｖ₂を計算する。この計算は次のようにして行う
ことができる。

【００３５】図４に示す状態から、後続のワーク１Ｂの
先端が位置Ｄに到達するまでの時間をｔ₂ とすると、Ｖ₂ ・ｔ₂ ＝Ｌ₃ −ｄ・・・（４）また、同じ時刻に先行のワーク１Ａの後端が位置Ｅに到
達するから、Ｖ₀ ・ｔ₂ ＝Ｌ₂ −Ｖ₀ ・ｔ₁ ・・・（５）上記の二つの式より、Ｖ₂ ＝（Ｌ₃ −ｄ）・Ｖ₀ ／（Ｌ₂ −Ｖ₀ ・ｔ₁ ）・・・（６）ｔ₂ ＝（Ｌ₂ −Ｖ₀ ・ｔ₁ ）／Ｖ₀ ・・・（７）となる。

【００３６】制御装置は、後続のワーク１Ｂの先端が位
置Ｓ₂ に到達した時に（６）式により、速度Ｖ₂ を計算
して求めると同時に、プッシャ３４をその速度Ｖ₂ に変
更し、後続のワーク１Ｂを速度Ｖ₂ で走行させる。これ
により、後続のワーク１Ｂは先行のワーク１Ａに追いつ
いてゆく。更に、制御装置は第二センサ４２による後続
のワーク１Ｂの先端検出信号から再度カウントを開始
し、（７）式によって求めた時間ｔ₂ をカウントしてゆ
く。そして、時間ｔ₂ をカウントアウトした時には、図
５に示すように、先行のワーク１Ａの後端と後続のワー
ク１Ｂの先端の間隔が所定の間隔ｄとなるタイミングで
あるので、プッシャ３４の速度を先行のワーク１Ａの走
行速度Ｖ₀ に一致させる。これにより、後続のワーク１
Ｂは先行のワーク１Ａと同一速度で且つ端部間距離を所
定の距離ｄに保った状態でローラセット２１に送り込ま
れる。そして、後続のワーク１Ｂもローラセット２１で
搬送される状態となると、制御装置はプッシャ３４を元
の待機位置（図３に示す位置）に戻し、次の動作に備え
る。

【００３７】以上のようにして、後続のワーク１Ｂが先
行のワーク１Ａに対して、一定の間隔ｄを保って供給さ
れ、ワーク１Ａ、１Ｂは一定の間隔ｄを保った状態で一
定速度Ｖ₀ で誘導子２を通過し、加熱される。ここで、
前記したように、高周波電源装置７の出力周波数を最低
許容周波数ｆ_MIN 以下とし、且つ誘導子２への出力電流
を常に一定に保つ構成としているので、誘導子２による
誘導加熱中において、ワーク温度が所定温度よりも高く
なった時には、ワークの固有抵抗値ρの変化によって自
動的に有効吸収電力が低下して温度が低下し、逆にワー
ク温度が所定温度よりも低くなった時には、ワークの固
有抵抗値ρの変化によって自動的に有効吸収電力が増加
して温度が上昇し、ワーク温度を所望の熱処理温度に保
持できる。また、ワークの端部が通過する際にも同様の
作用によりオーバーヒートが抑制され、更に端部間距離
が常に一定値ｄに保持されているので、温度変動も抑制
され、ワーク全長を均一に熱処理できる。かくして、図
示した実施の形態による熱処理装置では、金属棒材保管
装置４４に保管しているワーク１Ｃを次々と、走行軸線
Ｃ−Ｃ上に供給し、各ワーク間の距離を所定の間隔ｄに
保って誘導子２に通し、均一な熱処理を連続的に実施す
ることができる。

【００３８】

【実施例】図３〜図５に示す熱処理装置を用いて表１に
示す外径のワーク（材質；高速度鋼）を加工速度２０ｍ
ｍ／ｓ、加熱温度１２００°Ｃで熱処理した。この時、
使用した誘導子２は長さ５＋２０ｃｍのものを２段に分
けて配置し、且つ並列関係で共通の高周波電源装置７に
接続した。また、先行のワーク１Ａと後続のワーク１Ｂ
の端部間の間隔ｄは、５ｍｍとした。高周波電源装置７
の出力条件及び加熱結果を表１、表２に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】表１、表２から明らかなように、使用周波
数を最低許容周波数ｆ_MIN よりも低く設定した場合（実
施例１、２、３）では、使用電力は増すものの、端部を
含めてワーク全体の温度は適正であり、良好な熱処理が
可能であった。一方、使用周波数を最低許容周波数ｆ
_MIN よりも高く設定した場合（比較例１、２、３）で
は、端部温度が高くなっており、オーバーヒートが生じ
ていた。これは、ワーク端部が誘導子２内を通過する際
に磁束集中により温度が高くなるが、その際、使用周波
数が最低許容周波数ｆ_MIN よりも高く設定した場合に
は、温度上昇によって固有抵抗値ρが大きくなって図２
のグラフにおけるγａが小さくなると、有効吸収熱量Ｑ
が増大し、ますます温度が上昇したためであると考えら
れる。

【００４２】なお、図３〜図５の実施の形態では、高周
波電源装置７が出力周波数を最低許容周波数ｆ_MIN 以下
とし且つ誘導子２への出力電流を常に一定に保つ自動電
流調整方式のものとしたが、本発明装置は必ずしもこの
構成に限らず、ワーク端部の加熱に或る程度の温度上昇
が許容される場合などには高周波電源装置７の制御方式
は他の方式としてもよい。その場合においても、ワーク
を常に一定間隔で次々と供給できるので、ワーク端部の
加熱をワーク間で均一とできる利点が得られる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明の熱処理方法は、
誘導子によってワークを誘導加熱するに際し、誘導子に
加熱電力を供給する高周波電源装置の出力周波数を、最
低許容周波数よりも低い値とし、且つ前記高周波電源装
置の出力制御方式を出力電流が一定に保持される自動電
流調整方式としたことにより、ワークの温度が所定温度
よりも高くなった時にはワークの固有抵抗値ρの変化に
よって自動的に有効吸収電力が低下して温度が低下し、
逆にワーク温度が所定温度よりも低くなった時には、ワ
ークの固有抵抗値ρの変化によって自動的に有効吸収電
力が増加して温度が上昇し、ワーク温度を所望の熱処理
温度に保持でき、ワークの端部が通過する際にも同様な
作用によってワーク温度を所望の熱処理温度に保持で
き、ワーク全長に亘って均一温度に加熱して均一な熱処
理を行うことができるという効果を有している。

【００４４】また、本発明装置は、熱処理すべき新たな
金属棒材を、ローラセットで搬送中のワークの後方か
ら、そのローラセットに供給する金属棒材供給装置を設
け、且つその金属棒材供給装置を、後続の金属棒材を、
前記ローラセットが搬送している先行の金属棒材と同一
軸線上で且つ先行の金属棒材よりも高速で搬送し、後続
の金属棒材の先端が、先行の金属棒材の後端に対して所
定の間隔となる位置に達した時点で、先行の金属棒材と
同一速度に減速し、その速度で前記ローラセットに供給
する構成としたことにより、ワークを次々と一定間隔で
ローラセットに送り込むことができ、ワークを均一に且
つ生産性よく熱処理することができるという効果を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明するもので、（ａ）は誘導子
内をワークの中央部分が通過する状態を示す概略断面
図、（ｂ）は誘導子内をワークの端部が通過する状態を
示す概略断面図

【図２】ワークを誘導子で加熱する際の有効吸収電力Ｑ
と無効吸収電力Ｐの特性を示すグラフ

【図３】本発明装置の実施の形態による熱処理装置の概
略平面図

【図４】図３に示す装置を異なる作動状態で示す概略平
面図

【図５】図３に示す装置を更に異なる作動状態で示す概
略平面図

【図６】図３に示す装置に用いているローラセットの概
略平面図

【図７】図６に示すローラセットの概略斜視図

【図８】（ａ）は誘導子内をワークの中央部分が通過す
る状態を示す概略断面図、（ｂ）は誘導子内をワークの
端部が通過する状態を示す概略断面図

【図９】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ワーク内の誘導電
流の分布を示すグラフ

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃワーク２誘導子３、７高周波電源装置５空間２１ローラセット３０金属棒材供給装置３４プッシャ３６プッシャ駆動装置４０第一センサ４２第二センサ４４金属棒材保管装置

フロントページの続き (72)発明者石井孝幸神奈川県川崎市川崎区殿町２丁目17番８号第一高周波工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K042 DA06 DB01 DF01 EA02 EA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属棒材を、その軸線方向の一部領域を
誘導加熱可能な誘導子に対して軸線方向に相対的に移動
させることで、前記金属棒材を全長に亘って誘導加熱
し、熱処理する方法において、前記誘導子に高周波電流
を供給する高周波電源装置の出力周波数を最低許容周波
数よりも低い値とし、且つ前記高周波電源装置の出力制
御方式を、出力電流が一定に保持される自動電流調整方
式としたことを特徴とする金属棒材の熱処理方法。
【請求項２】前記誘導子を先行して通過中の前記金属
棒材の後ろに同一軸線上に位置するように後続の金属棒
材を配し、先行の金属棒材と後続の金属棒材との端面間
の距離を一定に保持した状態で連続的に前記誘導子を通
過させることを特徴とする請求項１に記載の金属棒材の
熱処理方法。
【請求項３】熱処理すべき金属棒材を所定の走行軸線
上に保持して軸線方向に走行させる複数基のローラセッ
トと、該ローラセットの間の遊走区間に配置され、前記
金属棒材の軸線方向の一部領域を誘導加熱する誘導子
と、該誘導子に高周波電流を供給する高周波電源装置
と、熱処理すべき後続の金属棒材を前記ローラセットに
送り込む金属棒材供給装置を備え、該金属棒材供給装置
が、後続の金属棒材を、前記ローラセットが搬送してい
る金属棒材の後ろから同一軸線上で且つ先行の金属棒材
よりも高速で搬送し、後続の金属棒材の先端が先行の金
属棒材の後端に対して所定の間隔となる位置に達した時
点で、先行の金属棒材と同一速度に減速し、その速度で
前記ローラセットに供給する構成である、金属棒材の熱
処理装置。
【請求項４】前記金属棒材供給装置が、熱処理すべき
後続の金属棒材を前記走行軸線上で軸線方向に移動可能
に保持する保持手段と、その金属棒材の後端を押して走
行させるプッシャと、該プッシャを走行させるプッシャ
駆動装置と、前記ローラセットによって搬送されている
金属棒材の端部を検出する第一センサと、該第一センサ
よりも金属棒材の走行方向に関して後ろ側に所定間隔を
開けて配置され、金属棒材の端部を検出する第二センサ
と、前記第一センサ及び第二センサからの信号に基づい
て前記プッシャの走行速度を制御するよう前記プッシャ
駆動装置を制御する制御装置とを備え、該制御装置が、
先行の金属棒材の後端が第一センサを通過した時刻と後
続の金属棒材の先端が第二センサを通過した時刻とか
ら、後続の金属棒材の先端が、前記ローラセットに到達
する前に、先行の金属棒材の後端に対して所定の間隔と
なる位置に追いつくことを可能とする金属棒材の走行速
度を求めて直ちに前記プッシャの速度をその走行速度と
し、その後、前記後続の金属棒材の先端が先行の金属棒
材の後端に対して所定の間隔となる位置に追いついたタ
イミングで前記プッシャの速度を前記ローラセットによ
る先行の金属棒材の走行速度に等しくさせるよう前記プ
ッシャ駆動装置を制御する構成であることを特徴とする
請求項３記載の金属棒材の熱処理装置。
【請求項５】前記金属棒材供給装置が更に、熱処理す
べき待機中の複数の金属棒材を、前記ローラセットによ
る金属棒材の走行軸線に平行に保管する金属棒材保管装
置と、該金属棒材保管装置に保管されている一つの金属
棒材を前記走行軸線上に供給するフィーダを備え、該フ
ィーダは、前記第二センサが前記先行の金属棒材の後端
を検出した信号に基づいて作動し、待機中の金属棒材の
一つを後続材として前記走行軸線上に供給する構成であ
る、請求項４記載の金属棒材の熱処理装置。
【請求項６】前記高周波電源装置が、誘導子に供給す
る出力周波数を、最低許容周波数よりも低い値とし、且
つ出力制御方式を、出力電流が一定に保持される自動電
流調整方式としたことを特徴とする請求項３から５のい
ずれか１項記載の金属棒材の熱処理装置。