JP2001131638A - 歪形ワークの加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歪形ワークの外周面を均一に加熱できるよう
にする。 【構成】 半開放型コイル１の略中心位置に配置された
平板カム２をモータ５により回転させ、この回転過程で
半開放型コイル１により平板カム２の外周面を誘導加熱
して焼入れする基本構成となっている。最も特徴的であ
るのは、平板カム２の回転角度を検出する回転角度検出
器４と、平板カム２の中心から最も遠い位置の最外端部
２１が他の部分に比べて過度に加熱されないように、回
転感度検出器４の検知結果に応じて半開放型コイル１に
供給すべき電力の大きさを制御する電力制御部６１とを
備えるようにしている点である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平板カム等の外周面
を均一に高周波加熱する高周波加熱装置等に利用される
歪形ワークの加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置の代表例として高周波加熱
装置がある。同装置は、図３に示すように円形コイル８
の中心位置に配置された平板カム２を連続的に回転さ
せ、この回転過程で円形コイル８により平板カム２の外
周面を高周波加熱して焼入する基本構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による場合、平板カム２のうち図中示すＡ部分が円
形コイル８に近接していることから集中的に誘導加熱さ
れ、他の部分に比べて深く焼入れが行われるという本質
的な欠点がある。図３(A) 中に示す斜線は焼入れにより
形成された硬化層を示している。即ち、平板カム２のＡ
部分に形成された硬化層が他の部分のそれに比べて厚
く、この焼きムラにより歪みや焼き割れを生じるおそれ
がある。これはワークが平板カムであるときの特有の問
題ではなく、ワークが歪形であるときに共通して言える
事項である。また、高周波誘導加熱だけでなく、一般の
抵抗加熱でも同様の問題が指摘されている。

【０００４】本発明は上記した背景の下で創作されたも
のであって、その目的とするところは、歪形ワークの外
周面を均一に加熱することができる歪形ワークの加熱装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歪形ワーク
の加熱装置は、加熱コイルの略中心位置に配置された歪
形ワークを相対的に回転させながら当該コイルにより当
該ワークの外周面を加熱する装置であって、前記歪形ワ
ークの相対的な回転角度を検出する回転角度検出器と、
前記歪形ワークの中心から最も遠い位置の最外端部が他
の部分に比べて過度に加熱されないように、前記回転感
度検出器の検出結果に応じて前記加熱コイルに供給すべ
き電力の大きさを制御する電力制御部とを具備したこと
を特徴としている。

【０００６】このような構成による場合、加熱コイルの
略中心位置に配置された歪形ワークが相対的に回転する
過程で、歪形ワークの最外端部が加熱コイルにより過度
に加熱され得る状態であるときは、加熱コイルに供給す
べき電力が最小にされ、その結果、歪形ワークの最外端
部が他の部分に比べて過度に加熱されない。

【０００７】加熱コイルが半開放型コイルである場合、
歪形ワークの最外端部が半開放型コイルに対向し且つ当
該コイルの中心を通る鉛直線上に位置する状態での歪形
ワークの相対的な回転角度を基準角度とするとき、電力
制御部は、歪形ワークの相対的な回転角度が前記基準角
度を中心にその前後にわたって設定された領域内に入っ
ているとき、加熱コイルに供給すべき電力の大きさを最
小にする構成にすると良い。

【０００８】また、加熱コイルは、半円弧状小径コイル
部と半円弧状大径コイル部とが対向して接合された構造
のだるま型コイルである場合、歪形ワークの最外端部が
だるま型コイルの半円弧状小径コイル部に対向し且つ当
該コイル部の中心を通る鉛直線上に位置する状態での歪
形ワークの相対的な回転角度を基準角度とするとき、電
力制御部は、歪形ワークの相対的な回転角度が前記基準
角度を中心にその前後にわたって設定された領域内に入
っているとき、前記加熱コイルに供給すべき電力の大き
さを最小にする構成にすると良い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は歪形ワークの加熱装置の概
略構成図、図２は同装置の加熱コイルの変形例を説明す
るための模式図である。

【００１０】ここに例として掲げる歪形ワークの加熱装
置は高周波加熱装置であり、図１に示すように半開放型
コイル１（加熱コイルに相当する）の略中心位置に配置
された平板カム２（歪形ワークに相当する）をモータ５
により回転させ、この回転過程で半開放型コイル１によ
り平板カム２の外周面を誘導加熱して焼入れする基本構
成となっている。最も特徴的であるのは、平板カム２の
回転角度を検出する回転角度検出器４と、平板カム２の
中心から最も遠い位置の最外端部２１が他の部分に比べ
て過度に加熱されないように、回転感度検出器４の検知
結果に応じて半開放型コイル１に供給すべき電力の大き
さを制御する電力制御部６１とを備えるようにしている
点である。以下、各部を詳細に説明する。

【００１１】なお、半開放型コイル１の周辺には、焼入
れ終了後の平板カム２を水冷する冷却ジャケット等が備
えられているが、これらは図示省略されている。

【００１２】平板カム２及びこれに連結されたシャフト
３は、エンジンのクランクシャフトαの構成部である。
図外の軸支機構にクランクシャフトαをセットして若干
移動させると、平板カム２が半開放型コイル１の中心位
置に来て、この状態でモータ５により平板カム２等が回
転するようになっている。

【００１３】半開放型コイル１は、銅等の中空パイプを
図示のように折り曲げて作成されたものである。半開放
型コイル１には、高周波電源７及び図外の水冷タンクが
接続されている。高周波電源で生成された高周波大電流
が半開放型コイル１に供給されると、平板カム２を誘導
加熱するための高周波磁界を発生する一方、水冷タンク
から供給された水が半開放型コイル１の内部を流通する
と、半開放型コイル１に発生するジュール熱等が吸収さ
れるようになっている。

【００１４】回転角度検出器４については、必ずしも平
板カム２の回転角度θの全範囲を検出する必要はなく、
図中示す最小電力領域Ｒ内に入っているか否かだけを検
出すれば十分であることから、ここでは光電センサ等を
用いている。この検出結果はデジタル信号として電力制
御部６１に導かれている。

【００１５】この最小電力領域Ｒは、平板カム２の回転
過程において半開放型コイル１に供給すべき電力の大き
さを最小にする回転角度θの領域を示しており、基準角
度（θ＝９０°）を中心にその前後に設定されている。
ここではθ１＝３０°とθ２＝１５０°との間の領域と
なっている。

【００１６】ここでいう基準角度とは、平板カム２の最
外端部２１が半開放型コイル１に対向し且つ半開放型コ
イル１の中心Ｐを通る鉛直線上に位置する状態での平板
カム２の回転角度θをいう。平板カム２の回転角度が基
準角度であるときには、半開放型コイル１との位置関係
から、平板カム２の最外端部２１の周辺についての単位
時間当たりの発熱量が最も大きい状態にある。

【００１７】高周波電源６は、インバータとカレントト
ランスとを組み合わせて商用交流を高周波大電流に変換
するとともに、回転角度検出器４の検知結果に応じてカ
レントトランスの１次側電圧を変化させて高周波大電流
を２段階に調節する基本構成となっている。

【００１８】高周波電源６のうち回転角度検出器４の検
知結果に応じて半開放型コイル１に供給すべき電力を変
化させる機能を有する部分を電力制御部６１と称してい
る。具体的には、カレントトランスの１次側電圧を回転
角度検出器４の検知結果に応じて切り換えるリレーや半
導体スイッチ等である。

【００１９】電力制御部６１は、平板カム２の回転角度
θが最小電力領域Ｒ外であるときには、半開放型コイル
１に供給すべき電力を定格値とするが、平板カム２の回
転角度θが最小電力領域Ｒ内に入っているときは、その
電力の大きさを最小にする構成となっている。

【００２０】以上のように構成された歪形ワークの加熱
装置による場合、半開放型コイル１の略中心位置に配置
された平板カム２が回転する過程で、平板カム２の回転
角度θが最小電力領域Ｒ内に入ったときには、半開放型
コイル１に供給される電力の大きさが自動的に最小にさ
れることから、結果として、半開放型コイル１により平
板カム２の最外端部２１が他の部分に比べて過度に加熱
されず、平板カム２の外周面が均一に加熱される。図１
中に示す斜線は焼入れにより形成された硬化層を示して
いる。即ち、図３(A) に示す従来例による場合に比べる
と、平板カム２の最外端部２１の硬化層が薄くなってい
る。

【００２１】なお、半開放型コイル１に供給される電力
の大きさを変化させるポイントを決定する最小電力領域
Ｒは、平板カム２の外周面に形成される硬化層のパター
ンと密接に関係することから、その範囲を自由に設定で
きるようにすることが望ましい。この場合、回転角度検
出器４においてある程度の範囲を検知し得るようなもの
を使用した上で、電力制御部６１において最小電力領域
Ｒの範囲を外部から自由に設定できるような構成に変更
すると良い。

【００２２】さて、加熱コイルとして半開放型コイル１
を使用した場合、平板カム２の外周全面が半開放型コイ
ル１に対向しておらず、たとえモータ５により回転して
加熱されるとしても、加熱効率が低いという問題があ
る。これを改善するためには、半開放型コイル１の代わ
りに、図２に示すようなだまる型コイル８を用いるよう
にすると良い。

【００２３】だまる型コイル８は、半円弧状小径コイル
部８１と半円弧状大径コイル部８２とが対向して直線コ
イル部８３により接合された構造となっている。加熱コ
イルの形状が異なるだけで、これ以外については上記実
施形態と全く同一である。

【００２４】加熱コイルとしてだまる型コイル８を用い
た場合、平板カム２の回転過程において、その外周全面
が半開放型コイル１に常に対向して加熱されることか
ら、この点で加熱効率が高く、高周波熱処理に要する時
間を短縮できるというメリットがある。

【００２５】また、平板カム２の回転角度θが最小電力
領域Ｒ外にあるときは、半開放型コイル１に供給すべき
電力が定格値されるものの、その期間中の大部分が、平
板カム２の最外端部２１が半円弧状大径コイル部８２に
対向している。平板カム２の最外端部２１と半円弧状大
径コイル部８２との距離は、半円弧状小径コイル部８１
に比べて大きいことから、平板カム２の回転過程におい
て、その最外端部２１が過度に加熱されることはなく、
加熱コイルとして半開放型コイル１を使用した場合と同
様のメリットが得られる。

【００２６】なお、本発明の歪形ワークの加熱装置は上
記実施の形態に限定されず、歪形ワークの加熱方式につ
いては、高周波加熱ではなく一般の抵抗加熱でも適用可
能であり、歪形ワークを静止させ、加熱コイルを回転さ
せるようにしても良い。また、加熱コイルについては、
歪形ワークの種類に応じたものを使用すると良い。例え
ば、軸状ワークの断面が歪形である場合、その長さに合
った円形コイルを使用すると良い。電力制御部について
は、歪形ワークの中心から最も遠い位置の最外端部が他
の部分に比べて過度に加熱されないように、回転感度検
出器の検出結果に応じて加熱コイルに供給すべき電力の
大きさを制御する構成のものであればどのようなものを
使用しても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上、本発明の請求項１、２に係る歪形
ワークの加熱装置による場合、加熱コイルの略中心位置
に配置された歪形ワークが相対的に回転する過程で、歪
形ワークの最外端部が他の部分に比べて過度に加熱され
ない構成となっているので、従来例による場合に比べ
て、歪形ワークの外表面が均一に加熱され、高品位な加
熱処理を行うことが可能になる。

【００２８】本発明の請求項３に係る歪形ワークの加熱
装置による場合、加熱コイルとしてだるま型コイルを使
用した構成となっているので、歪形ワークの回転過程に
おいて、その外周全面がだるま型コイルに常に対向して
加熱され、この点で加熱効率が高く、高周波熱処理に要
する時間を短縮できるというメリットがある。また、歪
形ワークの最外端部が過度に加熱されることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であっ
て、歪形ワークの加熱装置の概略構成図である。

【図２】同装置の加熱コイルの変形例を説明するための
模式図である。

【図３】従来の歪形ワークの加熱装置を説明するための
図であって、その代表的な高周波加熱装により加熱され
る平板カムの運動を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 半開放形コイル（加熱コイル） ２ 平板カム（歪形ワーク） ２１ 最外端部 ４ 回転検出器 ５ 電力制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱コイルの略中心位置に配置された歪
   形ワークを相対的に回転させ、この回転過程で当該コイ
   ルにより当該ワークの外周面を加熱する歪形ワークの加
   熱装置において、前記歪形ワークの相対的な回転角度を
   検出する回転角度検出器と、前記歪形ワークの中心から
   最も遠い位置の最外端部が他の部分に比べて過度に加熱
   されないように、前記回転感度検出器の検出結果に応じ
   て前記加熱コイルに供給すべき電力の大きさを制御する
   電力制御部とを具備したことを特徴とする歪形ワークの
   加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の歪形ワークの加熱装置に
   おいて、前記加熱コイルが半開放型コイルであり、前記
   歪形ワークの最外端部が前記半開放型コイルに対向し且
   つ当該コイルの中心を通る鉛直線上に位置する状態での
   前記歪形ワークの相対的な回転角度を基準角度とすると
   き、前記電力制御部は、前記歪形ワークの相対的な回転
   角度が前記基準角度を中心にその前後にわたって設定さ
   れた領域内に入っているとき、前記加熱コイルに供給す
   べき電力の大きさを最小にする構成となっていることを
   特徴とする歪形ワークの加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の歪形ワークの加熱装置に
   おいて、前記加熱コイルが、半円弧状小径コイル部と半
   円弧状大径コイル部とが対向して接合された構造のだる
   ま型コイルであり、前記歪形ワークの最外端部が前記だ
   るま型コイルの半円弧状小径コイル部に対向し且つ当該
   コイル部の中心を通る鉛直線上に位置する状態での前記
   歪形ワークの相対的な回転角度を基準角度とするとき、
   前記電力制御部は、前記歪形ワークの相対的な回転角度
   が前記基準角度を中心にその前後にわたって設定された
   領域内に入っているとき、前記加熱コイルに供給すべき
   電力の大きさを最小にする構成となってることを特徴と
   する歪形ワークの加熱装置。