JP2002050463A - 高周波誘導加熱方法とその装置 - Google Patents

高周波誘導加熱方法とその装置

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JP2002050463A JP2000233805A JP2000233805A JP2002050463A JP 2002050463 A JP2002050463 A JP 2002050463A JP 2000233805 A JP2000233805 A JP 2000233805A JP 2000233805 A JP2000233805 A JP 2000233805A JP 2002050463 A JP2002050463 A JP 2002050463A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1つの高周波電源により、複数の被加熱面を
有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加
熱する。 【解決手段】 本発明の高周波誘導加熱方法は、複数の
被加熱面1a,1b,1cを有する被加熱体1の、該被
加熱面1a,1b,1cを、同時に高周波誘導加熱する
に際し、1つの高周波電源23から、1次共振回路24
を形成する1次側高周波誘導加熱コイル13により、前
記被加熱体1の1つの前記被加熱面1bを誘導加熱し、
該1次側高周波コイル13の近傍に配設され、該1次側
高周波コイル13によって電磁誘導されるとともに、2
次共振回路32,33を形成するそれぞれの2次側高周
波誘導加熱コイル14,15により、他のすべての前記
被加熱面1c,1aを誘導加熱する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の加熱部分を
持つ、例えば金属製機械部品の該歯車部分を、同時に高
周波焼入するときに用いられる、高周波誘導加熱する方
法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の高周波誘導加熱方法およ
びその装置では、前記複数の歯車部分を持つ金属製機械
部品で、例えば、図2(a)、図2(b)に示すよう
な、同一軸線C上に、ある間隔で配置され、それぞれ直
径が異なる複数(図では、3個)の歯車1a,1b,1
cが設けられた金属製の機械部品が、被加熱物1として
適用される。このような被加熱物1の前記複数箇所に設
けられた歯車部1a,1b,1cを、同時に高周波加熱
する場合、図3に示すように、加熱部分である、該歯車
部1a,1b,1cに相対して、複数の高周波誘導加熱
コイル2a,2b,2cが使用される。
【0003】この場合、前記複数の高周波誘導加熱コイ
ル2a,2b,2cが、直列や並列の一体構造である
と、加熱の際、前記被加熱物1への着脱が困難であり、
必然的に複数部分を別々の高周波誘導加熱コイルに分離
し、例えば図4に示すように、一方の高周波誘導加熱コ
イル2b,2cを固定し、他方の高周波誘導加熱コイル
2aを上方に移動させて、該被加熱物1を着脱する必要
があった。そのため、該高周波誘導加熱コイルは、2個
以上必要であった。
【0004】そして、これらの複数箇所の高周波誘導加
熱は、大別すると2種類あって、その1は、1つの高周
波電源(例えば、高周波発振器)を用い、切替器を使用
して複数箇所を順次に加熱、処理する方法と、その2
は、図2または図3に示すように、複数の高周波電源3
a,3b,3cを用いて、複数箇所を同時に加熱、処理
する方法があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2に
示すような、複雑形状の前記被加熱物1を高周波誘導加
熱する、従来の方法およびその装置では、次のような問
題点があった。すなわち、(1)1つの高周波電源を用
い、切替器を使用して複数箇所を順次に加熱、処理する
方法は、その箇所ごとに、加熱時間だけでなく、空冷時
間及び水冷時間等の処理工程にかかる時間も必要とする
ことから、サイクルタイムが長くなるという問題点があ
った。
【0006】(2) 他方、複数の高周波電源を用い
て、同時に加熱、処理する方法は、それぞれの高周波誘
導加熱コイル2a,2b,2cごとに、専用の複数台の
高周波電源3a,3b,3cを使用することから、多く
の費用とスペースが必要となり、設備のイニシアルコス
トが高くなるという問題点があった。
【0007】本発明はかかる点を鑑みなされたもので,
その目的は前記問題点を解消し、1つの高周波電源によ
り、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面
を、同時に高周波誘導加熱できる高周波誘導加熱方法を
提案することにある。
【0008】本発明の他の目的は、1つの高周波電源に
より、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面
を、同時に高周波誘導加熱できる高周波誘導加熱装置を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、複数の被加熱面を有する被加熱体
の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱するに際し、
1つの高周波電源から、1次共振回路を形成する1次側
高周波コイルにより、前記被加熱体の1つの前記被加熱
面を誘導加熱し、該1次側高周波コイル近傍に配設さ
れ、該1次側コイルによって電磁誘導されるとともに、
2次共振回路を形成するそれぞれの2次側高周波コイル
により、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱する方法
である。
【0010】また、複数の被加熱面を有する被加熱体
の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱する装置であ
って、1つの高周波電源と、該高周波電源に接続され、
1次共振回路を形成するとともに、前記被加熱体の1つ
の前記被加熱面を誘導加熱するための1次側高周波コイ
ルと、該1次側コイルの近傍に配設されるとともに、該
1次側高周波コイルによって電磁誘導され、他のすべて
の前記被加熱面を誘導加熱するそれぞれの2次側高周波
コイルと、該それぞれの2次側コイルとともに形成され
る、それぞれの2次共振回路とから構成される装置であ
る。
【0011】さらに、前記被加熱体が磁性体からなる方
法または装置である。
【0012】前記1次及び2次の共振回路が、それぞれ
並列共振回路である方法または装置である。
【0013】前記1次側高周波コイルと前記2次側高周
波コイルヘの出力配分は、前記1次側および前記2次側
の高周波コイルのそれぞれのリアクタンスの比率、また
は前記1次及び2次の共振回路のそれぞれのコンデンサ
容量の比率、または前記コイルのそれぞれの間隔を調整
することにより行われる方法または装置である。
【0014】本発明の高周波誘導加熱方法とその装置
は、以上のように構成されるので、設備のイニシアルコ
ストを含む多くの費用とスペースが低減され、さらに、
サイクルタイムを短縮することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図1は、本
発明の高周波誘導加熱装置の一実施例を示す、回路図を
含む構成図で、該高周波誘導加熱装置10により、自動
車エンジンの部品の1つで、複数箇所(本実施の形態で
は、3箇所)の被加熱面を有する歯車の高周波誘導加熱
と焼入処理を行っている。
【0016】図1において、被加熱物(前記歯車で、一
般にワークともいう)1は、図2(b)に示すような、
同一軸線C上に、ある間隔で配置され、装置直径が異な
る複数(図では、3個)の歯車部1a,1b,1cが設
けられた磁性材(例えば、鉄鋼系材)の金属機械部品
で、該歯車部1a,1b,1cを高周波誘導加熱により
焼入処理を行う。
【0017】前記高周波誘導加熱装置10は、加熱コイ
ル部11と、電源部21と、2次共振回路部31とから
構成されている。前記加熱コイル部11は、金属機械部
品である前記被加熱物1を保持するワーク受け治具12
と、該ワーク受け治具12に配設され、前記被加熱物1
のうち大径歯車部1bに対向して配置された1次側高周
波誘導加熱コイル13と、他の小径歯車部1cに対向し
て配置された2次側高周波誘導加熱コイル14と、図示
しないコイル移動治具に配設され、前記被加熱物1の、
さらに他の小径歯車部1aに対向して配置された2次側
高周波誘導加熱コイル15とからなる。
【0018】前記電源部21は、交流電源に接続され、
直流電力に変換するAC/DCコンバータ22と、該直
流により動作して高周波誘導加熱電力を出力する高周波
電源(例えば、発振器)23と、その出力側に接続さ
れ、前記1次側高周波誘導加熱コイル13に高周波電力
を供給するため、該高周波コイル13を含め、結合トラ
ンス24aとコンデンサ24bとからなる1次共振回路
24が接続されている。
【0019】前記2次共振回路部31は、前記2次側高
周波誘導加熱コイル14に接続され、誘導加熱周波数で
共振するため、該2次側高周波コイル14と、結合トラ
ンス32aと、コンデンサ32bとで形成された2次共
振回路32と、前記2次側高周波誘導加熱コイル15に
接続され、誘導加熱周波数で共振するため、該2次側高
周波コイル14と、結合トランス33aと、コンデンサ
33bとで形成された2次共振回路33とからなる。
【0020】前記1次側高周波誘導加熱コイル13と、
2個の前記2次側高周波誘導加熱コイル14,15は、
図1に示すように配置され、その管内には、前記被加熱
物1を焼入するための冷却液が、流通可能な銅管で構成
されている。
【0021】次いで、前記被加熱物1を、前記前記高周
波誘導加熱装置10に取り付けるときは、前記2次側高
周波誘導加熱コイル15を、図示しない前記コイル移動
治具により、該被加熱物1と接触しない位置まで移動さ
せてから、該被加熱物1を前記ワーク受け治具12上に
載置する。該被加熱物1を該ワーク受け治具12上に載
置後、前記2次側高周波誘導加熱コイル15を、前記コ
イル移動治具により、所定位置に配置して、前記被加熱
物1の前記小径歯車部1aに対向させる。
【0022】ここで、前記1次側高周波誘導加熱コイル
13に、前記高周波電源23から前記1次側共振回路2
4に高周波電流を供給すると、該高周波コイル13に高
周波電流が流れて、磁性材である前記被加熱物1内に磁
界が発生し、前記大径歯車部1bを加熱すると同時に、
この磁界により前記2次側高周波誘導加熱コイル14,
15を励起させ、前記2次側コンデンサ32b,33b
を調整することで、前記2次側共振回路32,33を共
振させ、前記小径歯車部1c,1aを同時に加熱する。
【0023】なお、前記1次側高周波誘導加熱コイル1
3と前記2次側高周波誘導加熱コイル14,15ヘの出
力配分は、前記1次及び2次の共振回路24,32,3
3のそれぞれのコンデンサ24b,32b,33bの容
量の比率を調整するほか、前記1次側及び前記2次側の
高周波コイル13,14,15のそれぞれのリアクタン
スの比率、または前記コイル13,14,15のそれぞ
れの間隔を調整することにより行ってもよい。
【0024】前記被加熱物1の、前記大径歯車部1bお
よび前記小径歯車部1c,1aを加熱後、そのままの位
置で、短い時間空冷する。しかる後、前記各高周波誘導
加熱コイル13,14,15から、該被加熱物1に向け
て設けられた複数の穴を通して、該被加熱物1に焼入用
冷却液(例えば、冷却水など)を噴射して、焼入処理を
行っている。前記被加熱物1の焼入処理後、前記ワーク
受け治具12と前記コイル移動治具とにより、前記加熱
コイル13,14,15を、前記被加熱物1から、速や
かに他の位置に移動させ、該被加熱物1を外部に搬出す
る。
【0025】以下に、本実施例の具体的な加熱、処理条
件を記載する。 (1)歯車(前記被加熱物)の寸法及び材質 (ア)歯車大径部の外径: φ130mm (イ)歯車小径部の外径: φ74mm (2箇所) (ウ)歯車の高さ: 41mm (エ)歯車の材質: 焼結材(鉄系粉末の焼結材)
【0026】(2)高周波誘導加熱条件 (ア)周波数: 50kHz (イ)出力 95kW (ウ)加熱時間: 3.0秒 (エ)空冷時間: 0.5秒 (オ)水冷時間: 5.0秒 (カ)加熱温度: 900゜C
【0027】(3)歯車の高周波熱処理規格及ぴ処理結
果 (ア)表面硬さ規格: HRA60以上 (イ)表面硬さ結果: HRA65〜72 (ウ)歯底硬化層深さ規格: 0.6mm以上 (エ)歯底硬化層深さ結果: 0.9〜1.6mm
【0028】前記高周波誘導加熱装置10において、前
述の加熱、処理条件で加工することで、良好な焼入加工
を行うことができた。
【0029】以上、本発明の一実施の形態について述べ
たが、本発明は、この実施例に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更
が可能である。例えば、前述のような高周波誘導加熱装
置にて、前記1次側共振回路24を動作中、前記2次共
振回路32,33を短絡させることにより、該2次回路
の共振を中断し、簡単に、2次側の加熱時間の調整を行
うことが可能である。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
高周波誘導加熱方法によれば、複数の被加熱面を有する
被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱する
に際し、1つの高周波電源から、1次側高周波誘導加熱
コイルにより、前記被加熱体の1つの前記被加熱面を誘
導加熱し、該1次側コイルによって電磁誘導されるそれ
ぞれの2次側高周波コイルにより、他のすべての前記被
加熱面を誘導加熱するので、複数の被加熱面を有する被
加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱できる
とともに、1台の高周波電源で済み、設備費用及ぴスペ
ース、さらにはサイクルタイムの短縮が可能となる優れ
た効果を奏する。
【0031】また、本発明の高周波誘導加熱装置によれ
ば、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面
を、同時に高周波誘導加熱する装置であって、1つの高
周波電源と、該高周波電源に接続され、前記被加熱体の
1つの前記被加熱面を誘導加熱するための1次側高周波
誘導加熱コイルと、該1次側高周波コイルによって電磁
誘導され、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱するそ
れぞれの2次側高周波誘導加熱コイルと、該それぞれの
2次側コイルとともに形成される、それぞれの2次共振
回路とから構成されるので、複数の被加熱面を有する被
加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱できる
とともに、1台の高周波電源で済み、設備費用及ぴスペ
ース、さらにはサイクルタイムの短縮が可能となる。特
に、設備のイニシアルコストが安価で、設備の床面積は
小さく、作業スペースが少なくて済むという優れた効果
を奏するため、本発明は産業上有益でな装置であるとい
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高周波誘導加熱装置の一実施例を示す
回路を含む構成図である。
【図2】本実施例で使用した被加熱物の図で、図2
(a)はその平面図、図2(b)は図2(a)の縦断面
図である。
【図3】従来の高周波誘導加熱方法またはその装置を示
す概略構成図である。
【図4】従来の高周波誘導加熱装置への被加熱物の着脱
方法を示す構成図である。
【符号の説明】
1 被加熱物 1a,1b,1c 歯車部(被加熱面) 10 高周波誘導加熱装置 11 加熱コイル部 12 ワーク受け治具 13 1次側高周波誘導加熱コイル 14,15 2次側高周波誘導加熱コイル 21 電源部 23 高周波電源 24 1次共振回路 24a,32a,33a 結合トランス 24b,32b,33b コンデンサ 31 2次共振回路部 32,33 2次共振回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の被加熱面を有する被加熱体の、該
    被加熱面を、同時に高周波誘導加熱するに際し、 1つの高周波電源から、1次共振回路を形成する1次側
    高周波コイルにより、前記被加熱体の1つの前記被加熱
    面を誘導加熱し、該1次側高周波コイル近傍に配設さ
    れ、該1次側コイルによって電磁誘導されるとともに、
    2次共振回路を形成するそれぞれの2次側高周波コイル
    により、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱すること
    を特徴とする高周波誘導加熱方法。
  2. 【請求項2】 前記被加熱体が磁性体からなることを特
    徴とする請求項1に記載の高周波誘導加熱方法。
  3. 【請求項3】 前記1次及び2次の共振回路が、それぞ
    れ並列共振回路であることを特徴とする請求項1に記載
    の高周波誘導加熱方法。
  4. 【請求項4】 前記1次側高周波コイルと前記2次側高
    周波コイルヘの出力配分は、前記1次側および前記2次
    側の高周波コイルのそれぞれのリアクタンスの比率、ま
    たは前記1次及び2次の共振回路のそれぞれのコンデン
    サ容量の比率、または前記コイルのそれぞれの間隔を調
    整することにより行われることを特徴とする請求項1に
    記載の高周波誘導加熱方法。
  5. 【請求項5】 複数の被加熱面を有する被加熱体の、該
    被加熱面を、同時に高周波誘導加熱する装置であって、 1つの高周波電源と、該高周波電源に接続され、1次共
    振回路を形成するとともに、前記被加熱体の1つの前記
    被加熱面を誘導加熱するための1次側高周波コイルと、
    該1次側コイルの近傍に配設されるとともに、該1次側
    高周波コイルによって電磁誘導され、他のすべての前記
    被加熱面を誘導加熱するそれぞれの2次側高周波コイル
    と、該それぞれの2次側コイルとともに形成される、そ
    れぞれの2次共振回路とから構成されることを特徴とす
    る高周波誘導加熱装置。
  6. 【請求項6】 前記被加熱体が磁性体からなることを特
    徴とする請求項5に記載の高周波誘導加熱装置。
  7. 【請求項7】 前記1次及び2次の共振回路が、それぞ
    れ並列共振回路であることを特徴とする請求項5に記載
    の高周波誘導加熱装置。
  8. 【請求項8】 前記1次側高周波コイルと前記2次側高
    周波コイルヘの出力配分は、前記1次側及び前記2次側
    の高周波コイルのそれぞれのリアクタンスの比率、また
    は前記1次及び2次の共振回路のそれぞれのコンデンサ
    容量の比率、または前記コイルのそれぞれの間隔を調整
    することにより行われることを特徴とする請求項5に記
    載の高周波誘導加熱装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013136819A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Denki Kogyo Co Ltd 高周波誘導加熱コイル

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