JP2005133123A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環状の被加熱物の内周面又は外周面を加熱する際の加熱効率を向上させた誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】ワークＷが載置されたテーブル２２が加熱位置に位置するときに、このワークＷの内周面と同じ高さになるように円弧状の第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０が配置されている。円弧状の第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０は、ワークＷの内周面に形成された溝Ｗａの壁面Ｗｂを誘導加熱するためのものである。円弧状の第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０双方ともにその中心角は１２０°である。また、第１誘導加熱コイル４０と第２誘導加熱コイル５０は、ワークＷの中心Ｃに対して対称になるように配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、環状の被加熱物の内周面又は外周面を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。

従来、環状の被加熱物の内周面に形成された溝の壁面を高周波焼入れする技術が知られている。このような技術の一つとして、円弧状部分を有する誘導加熱コイルを被加熱物の内周面側に挿入して内周面に接近させ、溝の壁面を誘導加熱する技術が知られている（特許文献１）。

また、環状の被加熱物としては、周方向に延びる２つの溝が内周面に形成されたものもある。このような２つの溝の壁面を同時に高周波焼入れする技術として、上下一対の環状の誘導加熱コイルを被加熱物の内周面に接近させて、２つの溝の壁面を誘導加熱する技術が知られている（特許文献２）。
特開平３−１１９６８１号公報（特許第２６７０８６６号公報） 特公平１−４４７７０号公報

上記した従来の技術（特許文献１）では、誘導加熱コイルの円弧状部分を被加熱物の内周面側に挿入してこの内周面に接近するように移動させる。このため、誘導加熱コイルの円弧状部分の中心角を１８０°未満に設定する必要がある。従って、被加熱物の内周面に接近してこの内周面を誘導加熱する円弧状部分は、最大でも内周面の半分程度に相当する長さにしかならない。この結果、被加熱物の内周面の全体を加熱する加熱時間が長くなり、加熱効率が良くない。

また、特許文献２に記載された技術では、内周面に形成されている溝に誘導加熱コイルを接近させることができない。このため、上記と同様に、内周面の溝の壁面を誘導加熱する際の加熱効率が良くない。

本発明は、上記事情に鑑み、環状の被加熱物の内周面又は外周面を加熱する際の加熱効率を向上させた誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の誘導加熱装置は、
（１）環状の被加熱物を載置して上下動及び回転する載置台と、
（２）この載置台に載置された環状の被加熱物のうち中心角が１８０°未満の第１円弧状部分の内周面又は外周面を誘導加熱する円弧状の第１誘導加熱コイルと、
（３）前記環状の被加熱物のうち前記第１誘導加熱コイルが誘導加熱する円弧状部分とは異なる第２円弧状部分の内周面又は外周面を誘導加熱する円弧状の第２誘導加熱コイルと、
（４）前記載置台に載置された前記環状の被加熱物の半径方向に前記第１及び第２誘導加熱コイルを移動させる移動機構とを備えたことを特徴とするものである。

また、
（５）前記第１及び第２誘導加熱コイルの下方に配置された、前記被加熱物の内周面又は外周面に冷却液を噴射する冷却ジャケットを備えてもよい。

さらに、
（６）前記環状の被加熱物は、その内周面又は外周面にその周方向に延びる溝が形成されたものであり、
（７）前記第１及び第２誘導加熱コイルは、該溝の壁面に倣った形状の凸部を有するものであってもよい。

さらにまた、
（８）前記載置台を上下動させる上下動手段と、
（９）前記載置台を回転させる回転手段とを備えてもよい。

さらにまた、
（１０）高周波電源に接続されて固定された第１接続導体と前記第１誘導加熱コイルとを接離自在に接続する第１接点開閉機構、及び、
（１１）前記高周波電源とは異なる高周波電源に接続されて固定された第２接続導体と前記第２誘導加熱コイルとを接離自在に接続する第２接点開閉機構を備えてもよい。

また、上記目的を達成するための本発明の他の誘導加熱装置は、
（１２）環状の被加熱物を載置して上下動及び回転する載置台と、
（１３）この載置台に載置された環状の被加熱物のうち３箇所以上の円弧状部分の内周面又は外周面を同時に誘導加熱する３つ以上の円弧状の誘導加熱コイルと、
（１４）前記載置台に載置された前記環状の被加熱物の半径方向に前記３つ以上の誘導加熱コイルを移動させる移動機構とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の誘導加熱装置によれば、載置台に環状の被加熱物を載置するときは第１及び第２誘導加熱コイルを被加熱物の半径方向内側又は外側（被加熱物の内周面を誘導加熱するときは半径方向内側であり、外周面を誘導加熱するときは半径方向外側である）に移動させておく。このため、載置台に被加熱物を容易に載置できる。載置台に環状の被加熱物を載置した後、第１及び第２誘導加熱コイルを被加熱物の半径方向外側又は内側（被加熱物の内周面を誘導加熱するときは半径方向外側であり、外周面を誘導加熱するときは半径方向内側である）に移動させて環状の被加熱物の内周面又は外周面に第１及び第２誘導加熱コイルを接近させる。この状態で、第１及び第２誘導加熱コイルに所定の高周波電力を所定時間だけ供給しながら載置台と共に環状の被加熱物を回転させる。これにより、環状の被加熱物の内周面又は外周面には２つの円弧状の誘導加熱コイルが接近して内周面又は外周面が誘導加熱されることとなるので、内周面又は外周面の加熱面積を広くできる。従って、加熱効率が向上する。

ここで、第１及び第２誘導加熱コイルの下方に配置された、被加熱物の内周面又は外周面に冷却液を噴射する冷却ジャケットを備えた場合は、内周面又は外周面を所定の焼入温度に誘導加熱した直後に載置台を下げると共に冷却ジャケットから冷却液を噴射することにより、被加熱物の内周面又は外周面が急冷される。この結果、焼入硬化された部分が誘導加熱コイルによって不用意に再び誘導加熱されて軟化することはない。また、載置台と共に環状の被加熱物を回転させることにより被加熱物の内周面又は外周面を一様に誘導加熱できるので、内周面又は外周面に均一な硬化層が得られる。

例えば大型の旋回輪の内周面又は外周面に形成された溝の壁面を誘導加熱する誘導加熱装置に本発明を実現した。

図１と図２を参照して、本発明の誘導加熱装置の実施例１について説明する。

図１は、誘導加熱装置の一例を示す斜視図である。図２は、図１の誘導加熱装置をＸ―Ｘで切断して模式的に示す断面図である。なお、図１と図２、及び後述する各図においては、各部品や各部材を明確にするために実際の形状よりも大きく示したりやや形状を変更して示したりしている。従って、図によっては、各部品や各部材（例えば移動機構６０や接点開閉機構７０等）が実際のものよりも大きく示されている。

誘導加熱装置１０は、例えば大型の旋回輪のような環状の被加熱物の内周面を誘導加熱して焼入れするためのものである。焼入れの対象領域としては内周面の全域のこともあるが、それだけではなく、この内周面に形成されてその周方向に延びる溝の壁面だけを焼入れの対象領域とすることもある。ここでは、大型の旋回輪のような環状の被加熱物の内周面に形成されてその周方向に延びる溝の壁面を焼入れする誘導加熱装置１０を説明する。

誘導加熱装置１０は、環状の被加熱物Ｗ（以下、ワークＷという。）が載置される載置台２０を備えている。載置台２０は、ワークＷの外径よりも大きい外径をもつ環状のテーブル２２（図１では一部を破断している。）と、このテーブル２２の上面２２ａからテーブル２２の半径方向内側（矢印Ｂ方向）に延びる３つの載置板２４（図１には２つだけを示す）を有する。３つの載置板２４は、テーブル２２の周方向に等間隔で配置されている。また、３つの載置板２４の長さは、後述する冷却ジャケット９０に接触しない長さである。テーブル２２の下面の全領域には螺子２２ｂが形成されている。この螺子２２ｂは、テーブル２２を回転させるためのギア２６と噛み合っている。なお、ワークＷを載置する位置を決める位置決め用の突起やマークを載置板２４に形成しておいてもよい。

テーブル２２の近傍には、テーブル２２を上下動させるためのシリンダ２８（本発明にいう上下動手段の一例である）と、テーブル２２を回転させるためのモータ３０（本発明にいう回転手段の一例である）が配置されている。シリンダ２８とモータ３０は一組になっており、これらは３つの載置板２４それぞれの下方に配置されている。これら三組のシリンダ２８とモータ３０によって、テーブル２２は下方から支持されているが、図１には、一組のシリンダ２８とモータ３０だけが示されている。三つのシリンダ２８は同期して駆動するように制御装置（図示せず）に制御されている。三つのモータ３０も同期して駆動するように制御装置に制御されている。また、三組のうちモータ３０を配置するものは一組だけにして、他の二組にはモータ３０を配置せずにシリンダ２８だけを配置してもよい。

シリンダ２８はベース台（又は床、これらは図示せず）に固定されている。シリンダ２８の軸２８ａは上下動し、この軸２８ａの先端部（上端部）には、モータ３０が固定された固定台３２が取り付けられている。モータ３０の回転軸には、上記のギア２６が固定されている。制御装置（図示せず）に制御されてシリンダ２８の軸２８ａが伸びる（上方に移動する）ときは、この軸２８ａと共に固定台３２が上昇し、モータ３０及びギア２６も上昇するのでテーブル２２及びワークＷも上昇する。一方、制御装置（図示せず）に制御されてシリンダ２８の軸２８ａが縮む（下方に移動する）ときは、この軸２８ａと共に固定台３２が下降し、モータ３０及びギア２６も下降するのでテーブル２２及びワークＷも下降する。

また、制御装置に制御されてモータ３０が回転するときは、この回転に伴ってギア２６も回転するので、このギア２６に噛み合っている螺子２２ｂによってテーブル２２と共にワークＷも回転する。テーブル２２はその中心Ｃを中心軸にして回転するので、ワークＷもその中心Ｃを中心軸にして回転することとなる。なお、モータ３０の回転方向を変えることにより、テーブル２２とワークＷの回転方向が変わる。

シリンダ２８を駆動して軸２８ａを上方に移動させたときは、ワークＷの内周面を加熱する加熱位置（図２の実線で示す位置）にテーブル２２が位置する。この逆に、シリンダ２８を駆動して軸２８ａを下方に移動させたときは、ワークＷの内周面を冷却する冷却位置（図２の二点鎖線で示す位置）にテーブル２２が位置する。

ワークＷが載置されたテーブル２２が加熱位置に位置するときに、図１と図２に示すように、このワークＷの内周面と同じ高さになるように円弧状の第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０が配置されている。円弧状の第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０は、ワークＷの内周面に形成された溝Ｗａの壁面Ｗｂを誘導加熱するためのものである。図３に示すように、円弧状の第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０双方ともにその中心角は１２０°である。また、第１誘導加熱コイル４０と第２誘導加熱コイル５０は、ワークＷの中心Ｃに対して対称になるように配置されている。

第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０を固定してワークＷを回転させながら誘導加熱する際のある瞬間においては、ワークＷのうち中心角が１２０°の第１円弧状部分の内周面が第１誘導加熱コイル４０によって誘導加熱されると共に、ワークＷのうちその中心Ｃを挟んで第１円弧状部分とは反対側の第２円弧状部分の内周面が第２誘導加熱コイル５０によって誘導加熱される。ここでは、第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０ともにその中心角を１２０°に設定したが、１８０°未満であるならば何度に設定してもよい。しかし、内径の異なるワークＷに対応するためには、円弧の中心角が約１２０°になるように設定することが好ましい。なお、第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０と溝Ｗａの位置関係については図３と図４を参照して後述する。

第１誘導加熱コイル４０と第２誘導加熱コイル５０は、ワークＷの半径方向内側（矢印Ｂ方向）と半径方向外側（矢印Ａ方向）に移動機構６０によって移動する。第１誘導加熱コイル４０及び第２誘導加熱コイル５０それぞれに別々に移動機構６０が設けられているが、移動機構６０の構造は同じであるので、ここでは、第１誘導加熱コイル４０をワークＷの半径方向内側と半径方向外側に移動させる移動機構６０について説明する。なお、第１誘導加熱コイル４０の構造と第２誘導加熱コイル５０の構造も同じである。

第１誘導加熱コイル４０の円弧の中央部内周面から中心Ｃに到達しない位置（中心Ｃの手前）までは矢印Ｂ方向に棒状の導電コイル４２が接続されている。この導電コイル４２の先端部（矢印Ｂ方向下流側部分であり、中心Ｃに近い部分）からは下方に向けて柱状の導電コイル４４が延びている。この導電コイル４４の下端部には、第１誘導加熱コイル４０を矢印Ａ，Ｂ方向に移動させるためのガイド部４４ａが形成されている。ガイド部４４ａはワークＷの半径方向に延びており、その下面にはガイド溝が形成されている。ガイド部４４ａは導電コイル４４の両側面に形成されているが、図１では、一側面に形成されたガイド部４４ａのみが示されている。ガイド部４４ａの溝には、矢印Ａ，Ｂ方向に延びるガイドレール６２が嵌まり込んでおり、ガイドレール６２はガイド部４４ａよりも長い。ガイド部４４ａはガイドレール６２を矢印Ａ，Ｂ方向（ワークＷの半径方向）に自在に摺動する。なお、導電コイル４２，４４は絶縁体４５で長手方向に２分割されており、分割された部分は互いに電気的に絶縁されている。

ガイドレール６２は、上記したシリンダ２８が固定されているベース台に固定されている。また、ガイドレール６２は、ワークＷの半径方向（テーブル２２の半径方向でもある）に延びている。更に、導電コイル４４の内側面（中心Ｃ）には、導電コイル４４をワークＷの半径方向に移動させるためのシリンダ（図示せず）の軸が接続されている。制御装置（図示せず）でシリンダを制御してその軸を矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向に移動させることにより、導電コイル４４と共に導電コイル４２及び第１誘導加熱コイル４０も矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向に移動する。

導電コイル４４の外側面（中心Ｃに向く面とは反対側の面）の下端部には、絶縁体４５を挟んで一体的に構成された２枚の導電板５２，５２が接続されている。２枚の導電板５２，５２は、導電コイル４４の外側面から半径方向外側に延びている。これら２枚の導電板５２，５２と絶縁体４５は、導電コイル４４と共に矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。２枚の導電板５２，５２の近傍には、これらに高周波電力を供給するための接点開閉機構７０が配置されている。この接点開閉機構７０は、第２誘導加熱コイル５０についても配置されているが、図示されていない。接点開閉機構７０が、本発明にいう第１接点開閉機構の一例であり、第２誘導加熱コイル５０のために配置された接点開閉機構が、本発明にいう第２接点開閉機構の一例である。

接点開閉機構７０は、２枚の導電板５２，５２それぞれの外側に配置された接点板７２，７２と、この接点板７２，７２それぞれの外表面に固定された絶縁性の接点ブロック７４，７４とを有する。接点板７２，７２は、導電板５２，５２のうちその長手方向の先端側（半径方向外側）の半分程度の部分を挟み込むように構成されている。接点板７２，７２及び接点ブロック７４，７４は導電板５２，５２の長手方向の先端よりも更に先まで延びており、その長さは、導電板５２，５２よりも長い。接点板７２，７２のうちその長手方向中央部よりも先端部側（半径方向外側）の部分には、固定された接続導体８０，８０が挟み込まれる。この接続導体８０，８０は高周波電源８２に接続されている。接続導体８０，８０が、本発明にいう第１接続導体の一例であり、第２誘導加熱コイル５０のために配置された接点開閉機構が、本発明にいう第２接続導体の一例である。

一組の接点板７２及び接点ブロック７４と、他方の組の接点板７２及び接点ブロック７４とは、絶縁性のボルト７６，７８によって互いに接近したり離れたりする。絶縁性のボルト７６は、一組の接点板７２及び接点ブロック７４から導電板５２，５２を貫いて他方の組の接点板７２及び接点ブロック７４まで貫通している。導電板５２，５２が矢印Ａ，Ｂ方向に移動できるように、ボルト７６が貫通する長孔（矢印Ａ方向に延びている孔）が導電板５２，５２に形成されている。導電板５２，５２が矢印Ａ，Ｂ方向のどの位置に位置しても、ボルト７６を締めることによって２枚の接点板７２，７２の間に導電板５２，５２が強く挟まれて、接点板７２，７２と導電板５２，５２が電気的に接続される。絶縁性のボルト７８は、一組の接点板７２及び接点ブロック７４から接続導体８０，８０を貫いて他方の組の接点板７２及び接点ブロック７４まで貫通している。ボルト７８を締めることによって２枚の接点板７２，７２の間に接続導体８０，８０が強く挟まれて、接点板７２，７２と接続導体８０，８０が電気的に接続される。即ち、２つのボルト７６，７８を締めることにより、導電板５２，５２と接続導体８０，８０が電気的に接続されることとなる。

第１誘導加熱コイル４０を矢印Ａ，Ｂ方向に移動させるときはボルト７６，７８を緩めておき、第１誘導加熱コイル４０を固定して高周波電力を供給するときはボルト７６，７８を締める。このようにすることにより、高周波電源８２から接点開閉機構７０等を経由して高周波電力を第１誘導加熱コイル４０に供給できる。なお、第２誘導加熱コイル５０には、高周波電源８２とは異なる高周波電源から、接点開閉機構７０と同じ構造の接点開閉機構を通して高周波電力が供給される。

第１誘導加熱コイル４０と第２誘導加熱コイル５０の下方には、ワークＷの内周面に冷却液を噴射する冷却ジャケット９０が配置されている。冷却ジャケット９０は環状のものであり、その外周面には、冷却液が噴射される多数の噴射口９２が形成されている。冷却ジャケット９０の底部には、冷却液を供給する供給管９４が接続されている。この供給管９４は下方に延びており、その下端部には、外部のパイプ（図示せず）に接続されて冷却液が供給される冷却液供給口９６が形成されている。

冷却ジャケット９０の外径は、載置台２４に載置されるワークＷの内径よりも小さい。ワークＷの内周面に冷却液を噴射してこの内周面を急冷するときは、冷却ジャケット９０の外周面とワークＷの内周面とが向き合うようにテーブル２２及び載置台２４を下降させる。

第１誘導加熱コイル４０と溝Ｗａについて図３と図４を参照して説明する。

図３は、ワークＷの一部と第１誘導加熱コイルを示す上面図であり、ワークＷの内周面から第１誘導加熱コイルを離した状態である。図４は、ワークＷと第１誘導加熱コイルをＺ―Ｚで切断して示す断面図である。

上述したように、ワークＷの内周面にはその周方向に延びる溝Ｗａが一周形成されている。図４に示すように溝Ｗａの横断面は半円状であり、この溝Ｗａの壁面Ｗｂが焼入硬化される。第１誘導加熱コイル４０の外周面の全面には、溝Ｗａの壁面Ｗｂに倣った形状の凸部４０ａが外周面の周方向に延びて形成されている。溝Ｗａの壁面Ｗｂを所定の焼入温度に誘導加熱する際には、図４に示すように、溝Ｗａに凸部４０ａを差し込んで凸部４０ａを壁面Ｗｂに接近させる。

第１誘導加熱コイル４０は、外周面（ワークＷに向き合う面）に凸部４０ａが形成された円弧状の外周コイル４１と、この外周コイル４１の内周面から一定距離離れて並行している円弧状の内周コイル４３とを有する。第１誘導加熱コイル４０に高周波電力が供給されている場合のある一瞬では、図３の矢印に示すように電流が通る。なお、第２誘導加熱コイル５０は第１誘導加熱コイル４０と同じ形状であるので、その説明を省略する。

上記した焼入装置１０を使用してワークＷの内周面に形成された溝Ｗａの壁面Ｗｂ（焼入後は、硬化層となる）を高周波焼入れする手順を説明する。ここでは、深さの有る層を壁面Ｗｂと記載する。

先ず、ワークＷをテーブル２２に載置する際の邪魔にならないように、第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０を半径方向内側（矢印Ｂ方向）に移動させておく。続いて、テーブル２２を加熱位置（図２の実線で示す位置）に位置させてワークＷを載置板２４に載置する。ここでは、加熱位置に位置するテーブル２２にワークＷを載置したが、適宜の位置にテーブル２２を位置させてワークＷを載置板２４に載置し、その後に、シリンダ２８を駆動させてテーブル２２と載置板２４を加熱位置まで移動（上昇又は下降）させてもよい。

ワークＷが載置されたテーブル２２と載置板４を加熱位置に位置させた状態で、第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０を半径方向外側（矢印Ａ方向）に移動させて、図４に示すように、凸部４０ａ，５０ａを壁面Ｗｂに接近させる。第２誘導加熱コイルにも凸部４０ａと同様の凸部５０ａが形成されており、この凸部５０ａも凸部４０ａと同様に壁面Ｗｂに接近させる。このように第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０の凸部４０ａ，５０ａを壁面Ｗｂに接近させた状態で、モータ３０を駆動させてテーブル２２及び載置板２４と共にワークＷを、中心Ｃを中心軸にして回転させながら第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０に高周波電力を供給する。テーブル２２の回転速度は例えば３０ｒｐｍ程度であり、加熱時間は例えば約１０秒間である。これら回転速度や加熱時間は、ワークＷの材質や硬化層深さ、供給される高周波電力などによって適宜に変更される。

ワークＷの壁面Ｗｂが所定の焼入温度に到達した後、第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０を半径方向内側（矢印Ｂ方向）に素早く移動させて、テーブル２２と載置板２４を下降させる際にワークＷが第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０の凸部４０ａ，５０ａに衝突しないようする。続いて、シリンダ２８を駆動させてテーブル２２と載置板２４を下降させて冷却位置（図２の二点鎖線で示す位置）に位置させ、直ちに、冷却ジャケット９０の噴射口９２から冷却液を噴射して溝Ｗａの壁面Ｗｂを急冷する。これにより、所定の硬化深さをもつ硬化層（壁面Ｗｂ）が得られる。上記の焼入れ手順は、所謂一発焼入れであるので、壁面Ｗｂの焼入硬化層が再び誘導加熱コイルで加熱されて軟化することはなく、また、壁面Ｗｂに焼入硬化されない部分が発生することもない。

上記した誘導加熱装置１０を使用して加熱効率が向上した一例を説明する。ここでは、誘導加熱装置１０を使用したときの加熱効率と、特公平１−４４７７０号公報（従来技術における特許文献２）の焼入装置を使用したときの加熱効率とを比較した。

図５は、加熱効率を測定する際におけるワークＷと誘導加熱コイルの寸法や位置関係を示す模式図である。この図では、図１から図４までに示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。

この比較実験では、図５に示すように、内径５００ｍｍであり、溝Ｗａの底における内径が５３８ｍｍのワークＷを用いた。溝Ｗａの横断面は、直径１．９ｍｍの円の半円に相当する形状である。また、図４に示すように溝Ｗａの壁面Ｗｂを誘導加熱する際の加熱効率を比較した。

比較例の誘導加熱コイル２は環状であってその外径は４９６ｍｍであり、この誘導加熱コイル２とワークＷの内周面との距離（コイルギャップ）は２ｍｍである。一方、誘導加熱装置１０の第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０は、溝Ｗａの壁面Ｗｂに適宜に接近させられるので、ここでは、コイルギャップが２ｍｍになるように第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０の凸部４０ａ，５０ａを溝Ｗａの壁面Ｗｂに接近させた。また、ワークＷの内周面（又は溝の壁面）のうち誘導加熱コイルが接近する長さ（加熱相対周長）は、表１に示すように、比較例では１２９ｍｍであり、本発明では５５９ｍｍとなった。

上記の条件で加熱効率を比較した結果、表１に示すように、誘導加熱装置１０の加熱効率を１．０としたときに、比較例の加熱効率は、０．２３であった。このように誘導加熱装置１０では、加熱効率が非常に向上した。

上記した高周波焼入れでは、２つの第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０でワークＷの溝Ｗａの壁面Ｗｂを焼入温度に加熱としたが、いずれか一方の誘導加熱コイル（例えば第１誘導加熱コイル４０）で溝Ｗａの壁面Ｗｂを予熱し、続いて、他方の誘導加熱コイル（例えば第２誘導加熱コイル５０）でこの壁面Ｗｂを焼入温度まで誘導加熱してもよい。この方法では壁面Ｗｂの輪郭焼入れが容易に行える。

図６と図７を参照して、誘導加熱装置の実施例２について説明する。

図６は、実施例２の誘導加熱装置を示す斜視図である。図７は、実施例２の誘導加熱装置とワークを示すＺ―Ｚ断面図である。図６と図７では、図１から図４までに示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。なお、図７は、紙面の都合上、ワークの半径を短くして誘導加熱コイル１４０と誘導加熱コイル１５０とを接近させているが、実際は、ワークＷ２の内径に応じた距離だけ離れている。

実施例２の環状のワークＷ２には、その周方向に延びる２本の溝ＷＳ，ＷＬが内周面に形成されており、溝ＷＳは溝ＷＬよりも高い位置に形成されている。２本の溝ＷＳ，ＷＬは、ワークＷ２の周方向に一周しており、その横断面は半円形である。また、溝ＷＳの内径は、溝ＷＬの内径よりも小さい。即ち、溝ＷＬは溝ＷＳよりも深い溝である。

実施例２の誘導加熱装置１００は、上記のようなワークＷ２の溝ＷＳ，ＷＬの壁面ＷＳｂ，ＷＬｂを一工程で（一度で）焼入れできるものである。実施例１では、ワークＷの溝Ｗａは一つなので、誘導加熱装置１０（図１等参照）には、同じ構造の第１誘導加熱コイル４０（図１等参照）と第２誘導加熱コイル５０を備えた。これに対し、実施例２のワークＷ２には、上記したように２つの溝ＷＳ，ＷＬが形成されている。そこで、誘導加熱装置１００は、大きな溝ＷＬに応じた大きな凸部１４０ａが形成された第１誘導加熱コイル１４０と、小さな溝ＷＳに応じた小さな凸部１５０ａが形成された第２誘導加熱コイル１５０を備えている。第１誘導加熱コイル１４０の凸部１４０ａは、溝ＷＬの壁面ＷＬｂの形状に倣った形状であり、第２誘導加熱コイル１５０の凸部１５０ａは、溝ＷＳの壁面ＷＳｂの形状に倣った形状である。

ワークＷ２の溝ＷＳは溝ＷＬよりも高い位置に形成されているので、第２誘導加熱コイル１５０は第１誘導加熱コイル１４０よりも高い位置にある。なお、ワークＷ２を載置板２４に上下逆（図６及び図７の逆）に載置させるときは、第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０の位置を逆にする。第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０をワークＷ２の半径方向内側（矢印Ｂ方向）及び半径方向外側（矢印Ａ方向）に移動させる移動機構は、実施例１の移動機構６０（図１参照）と同じである。また、誘導加熱装置１００には、接点開閉機構７０（図１参照）と同じ構造の接点開閉機構も備えられている。従って、実施例２の誘導加熱装置１００が実施例１の誘導加熱装置１０と相違する点は、第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０の位置と形状が誘導加熱装置１０の第１及び第２誘導加熱コイル４０，５０とは相違する点、及び冷却ジャケット１９０のサイズが冷却ジャケット９０よりも大きい点にある。

実施例１と同様に、ワークＷ２を載置板２４に載置するときは、第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０をワークＷ２の半径方向内側に移動させておく。ワークＷ２を載置板２４に載置した後に、第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０をワークＷ２の半径方向外側に移動させて凸部１４０ａを溝ＷＬの壁面ＷＬｂに接近させると共に、凸部１５０ａを溝ＷＳの壁面ＷＳｂに接近させる。このようにしておき、テーブル２２を所定時間だけ回転させながら第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０それぞれに適宜に高周波電力を供給することにより、壁面ＷＳｂ，ＷＬｂに所定深さの加熱層が得られる。その加熱終了後にテーブル２２や載置板２４を速やかに降下させて、図７に示すように、ワークＷ２の溝ＷＬ，ＷＳを冷却ジャケット１９０に向き合わせて冷却液を噴射する。これにより、溝ＷＳ，ＷＬの壁面ＷＳｂ，ＷＬｂが急冷されて硬化層が形成される。なお、第１及び第２誘導加熱コイル１４０，１５０それぞれに供給する高周波電力を調整することにより、壁面ＷＳｂ，ＷＬｂの硬化層の深さを適宜に変更できる。

上記した例では、環状のワークＷ，Ｗ２の内周面を誘導加熱する誘導加熱装置を説明したが、実施例３では、環状のワークＷ３の外周面を誘導加熱する誘導加熱装置を説明する。

図８は、実施例３の誘導加熱装置の一例を示す斜視図である。図９は、図８の誘導加熱装置をＹ―Ｙで切断して模式的に示す断面図である。これらの図では、図１と図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。

誘導加熱装置２００は、例えば大型の旋回輪のような環状の被加熱物の外周面を誘導加熱して焼入れするためのものである。焼入れの対象領域としては外周面の全域のこともあるが、それだけではなく、この外周面に形成されてその周方向に延びる溝の壁面だけを焼入れの対象領域とすることもある。ここでは、大型の旋回輪のような環状の被加熱物の外周面に形成されてその周方向に延びる溝の壁面を焼入れする誘導加熱装置２００を説明する。

誘導加熱装置２００は、環状の被加熱物Ｗ３（以下、ワークＷ３という。）が載置される載置台２２０を備えている。載置台２２０は、ワークＷ３の外径よりも小さい外径をもつ環状のテーブル２２２と、このテーブル２２２の上面２２２ａからテーブル２２２の半径方向外側（矢印Ａ方向）に延びる３つの載置板２２４（図８には２つだけを示す）を有する。３つの載置板２２４は、テーブル２２２の周方向に等間隔で配置されている。また、３つの載置板２２４の長さは、後述する冷却ジャケット２９０に接触しない長さである。テーブル２２２の下面の全領域には螺子２２２ｂが形成されている。この螺子２２２ｂは、テーブル２２２を回転させるためのギア２６と噛み合っている。なお、ワークＷ３を載置する位置を決める位置決め用の突起やマークを載置板２２４に形成しておいてもよい。

テーブル２２２の近傍には、テーブル２２２を上下動させるためのシリンダ２８と、テーブル２２２を回転させるためのモータ３０が配置されている。シリンダ２８とモータ３０は一組になっており、３つの載置板２２４それぞれの下方に配置されている。これら三組のシリンダ２８とモータ３０によって、テーブル２２２は下方から支持されているが、図８には、一組のシリンダ２８とモータ３０だけが示されている。三つのシリンダ２８は同期して駆動するように制御装置（図示せず）に制御されている。三つのモータ３０も同期して駆動するように制御装置に制御されている。また、三組のうちモータ３０を配置するものは一組だけにして、他の二組にはモータ３０を配置せずにシリンダ２８だけを配置してもよい。

シリンダ２８はベース台（又は床、これらは図示せず）に固定されている。シリンダ２８の軸２８ａは上下動し、この軸２８ａの先端部（上端部）には、モータ３０が固定された固定台３２が取り付けられている。モータ３０の回転軸には、上記のギア２６が固定されている。制御装置（図示せず）に制御されてシリンダ２８の軸２８ａが伸びる（上方に移動する）ときは、この軸２８ａと共に固定台３２が上昇し、モータ３０及びギア２６も上昇するのでテーブル２２２及びワークＷ３も上昇する。一方、制御装置（図示せず）に制御されてシリンダ２８の軸２８ａが縮む（下方に移動する）ときは、この軸２８ａと共に固定台３２が下降し、モータ３０及びギア２６も下降するのでテーブル２２２及びワークＷ３も下降する。

また、制御装置に制御されてモータ３０が回転するときは、この回転に伴ってギア２６も回転するので、このギア２６に噛み合っている螺子２２２ｂによってテーブル２２２と共にワークＷ３も回転する。テーブル２２２はその中心Ｃを中心軸にして回転するので、ワークＷ３もその中心Ｃを中心軸にして回転することとなる。なお、モータ３０の回転方向を変えることにより、テーブル２２２とワークＷ３の回転方向が変わる。

シリンダ２８を駆動して軸２８ａを上方に移動させたときは、ワークＷ３の外周面を加熱する加熱位置（図９の実線で示す位置）にテーブル２２２が位置する。この逆に、シリンダ２８を駆動して軸２８ａを下方に移動させたときは、ワークＷ３の外周面を冷却する冷却位置（図９の二点鎖線で示す位置）にテーブル２２２が位置する。

ワークＷ３が載置されたテーブル２２２が加熱位置に位置するときに、図９に示すように、このワークＷ３の外周面と同じ高さになるように円弧状の第１誘導加熱コイル２４０及び第２誘導加熱コイル２５０が配置されている。円弧状の第１誘導加熱コイル２４０及び第２誘導加熱コイル２５０には、ワークＷ３の外周面に形成された溝Ｗ３ａの壁面Ｗ３ｂを誘導加熱するための凸部２４０ａが形成されている。第２誘導加熱コイル２５０には、凸部２４０ａと同様の凸部２５０ａが形成されている。この凸部２４０ａ，２５０ａは、壁面Ｗ３ｂに倣った形状である。円弧状の第１誘導加熱コイル２４０及び第２誘導加熱コイル２５０双方ともにその中心角は１２０°である。また、第１誘導加熱コイル２４０と第２誘導加熱コイル２５０は、ワークＷ３の中心Ｃに対して対称になるように配置されている。

第１及び第２誘導加熱コイル２４０，２５０を固定してワークＷ３を回転させながら誘導加熱する際のある瞬間においては、ワークＷ３のうち中心角が１２０°の第１円弧状部分の外周面（正確には、ワークＷ３の溝Ｗ３ａの内壁面Ｗ３ｂ）が第１誘導加熱コイル２４０によって誘導加熱されると共に、ワークＷ３のうちその中心Ｃを挟んで第１円弧状部分とは反対側の第２円弧状部分の外周面が第２誘導加熱コイル２５０によって誘導加熱される。ここでは、第１誘導加熱コイル２４０及び第２誘導加熱コイル２５０ともにその中心角を１２０°に設定したが、１８０°未満であるならば何度に設定してもよい。しかし、内径の異なるワークＷ３に対応するためには、円弧の中心角が約１２０°になるように設定することが好ましい。

第１誘導加熱コイル２４０と第２誘導加熱コイル２５０は、ワークＷ３の半径方向内側（矢印Ｂ方向）と半径方向外側（矢印Ａ方向）に移動機構６０によって移動する。第１誘導加熱コイル２４０及び第２誘導加熱コイル２５０それぞれに別々に移動機構６０が設けられているが、移動機構６０の構造は同じであるので、ここでは、第１誘導加熱コイル２４０をワークＷ３の半径方向内側と半径方向外側に移動させる移動機構６０について説明する。なお、第１誘導加熱コイル２４０の構造と第２誘導加熱コイル２５０の構造も同じである。

第１誘導加熱コイル２４０の円弧の中央部外周面からはワークＷ３の半径方向外側に棒状の導電コイル２４２が接続されている。この導電コイル２４２の先端部（半径方向外側部分）からは下方に向けて柱状の導電コイル２４４が延びている。この導電コイル２４４の下端部には、第１誘導加熱コイル２４０を矢印Ａ，Ｂ方向に移動させるためのガイド部２４４ａが形成されている。ガイド部２４４ａはワークＷ３の半径方向に延びており、その下面にはガイド溝が形成されている。ガイド部２４４ａは導電コイル２４４の両側面に形成されているが、図８では、一側面に形成されたガイド部２４４ａのみが示されている。ガイド部２４４ａの溝には、矢印Ａ，Ｂ方向に延びるガイドレール６２が嵌まり込んでおり、ガイドレール６２はガイド部２４４ａよりも長い。ガイド部２４４ａはガイドレール６２を矢印Ａ，Ｂ方向（ワークＷの半径方向）に自在に摺動する。なお、導電コイル２４２，２４４は絶縁体４５で長手方向に２分割されており、分割された部分は互いに電気的に絶縁されている。

ガイドレール６２は、上記したシリンダ２８が固定されているベース台に固定されている。また、ガイドレール６２は、ワークＷ３の半径方向（テーブル２２２の半径方向でもある）に延びている。更に、導電コイル２４４の半径方向内側部分には、導電コイル２４４をワークＷ３の半径方向に移動させるためのシリンダ（図示せず）の軸が接続されている。制御装置（図示せず）でシリンダを制御してその軸を矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向に移動させることにより、導電コイル２４４と共に導電コイル２４２及び第１誘導加熱コイル２４０も矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向に移動する。

導電コイル２４４の外側面（中心Ｃに向く面とは反対側の面）には、絶縁体４５を挟んで一体的に構成された２枚の導電板２５２，２５２が接続されている。２枚の導電板２５２，２５２は、導電コイル２４４の外側面から半径方向外側に延びている。これら２枚の導電板２５２，２５２と絶縁体４５は、導電コイル２４４と共に矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。２枚の導電板２５２，２５２の近傍には、これらに高周波電力を供給するための接点開閉機構７０が配置されている。この接点開閉機構７０は、第２誘導加熱コイル２５０についても配置されているが、図示されていない。

接点開閉機構７０は、２枚の導電板２５２，２５２それぞれの外側に配置された接点板７２，７２と、この接点板７２，７２それぞれの外表面に固定された絶縁性の接点ブロック７４，７４とを有する。接点板７２，７２は、導電板２５２，２５２のうちその長手方向の先端側（半径方向外側）の半分程度の部分を挟み込むように構成されている。接点板７２，７２及び接点ブロック７４，７４は導電板２５２，２５２の長手方向の先端よりも更に先まで延びており、その長さは、導電板２５２，２５２よりも長い。接点板７２，７２のうちその長手方向中央部よりも先端部側（半径方向外側）の部分には、固定された接続導体８０，８０が挟み込まれる。この接続導体８０，８０は高周波電源８２に接続されている。

一組の接点板７２及び接点ブロック７４と、他方の組の接点板７２及び接点ブロック７４とは、絶縁性のボルト７６，７８によって互いに接近したり離れたりする。絶縁性のボルト７６は、一組の接点板７２及び接点ブロック７４から導電板２５２，２５２を貫いて他方の組の接点板７２及び接点ブロック７４まで貫通している。導電板２５２，２５２が矢印Ａ，Ｂ方向に移動できるように、ボルト７６が貫通する長孔（矢印Ａ方向に延びている孔）が導電板２５２，２５２に形成されている。導電板２５２，２５２が矢印Ａ，Ｂ方向のどの位置に位置しても、ボルト７６を締めることによって２枚の接点板７２，７２の間に導電板２５２，２５２が強く挟まれて、接点板７２，７２と導電板２５２，２５２が電気的に接続される。絶縁性のボルト７８は、一組の接点板７２及び接点ブロック７４から接続導体８０，８０を貫いて他方の組の接点板７２及び接点ブロック７４まで貫通している。ボルト７８を締めることによって２枚の接点板７２，７２の間に接続導体８０，８０が強く挟まれて、接点板７２，７２と接続導体８０，８０が電気的に接続される。即ち、２つのボルト７６，７８を締めることにより、導電板２５２，２５２と接続導体８０，８０が電気的に接続されることとなる。

第１誘導加熱コイル２４０を矢印Ａ，Ｂ方向に移動させるときはボルト７６，７８を緩めておき、一方、第１誘導加熱コイル２４０を固定して高周波電力を供給するときはボルト７６，７８を締める。このようにすることにより、高周波電源８２から高周波電力を第１誘導加熱コイル２４０に供給できる。なお、第２誘導加熱コイル２５０には、高周波電源８２とは異なる高周波電源から、接点開閉機構７０と同じ構造の接点開閉機構を通して高周波電力が供給される。

第１誘導加熱コイル２４０と第２誘導加熱コイル２５０の下方には、ワークＷ３の外周面に冷却液を噴射する冷却ジャケット２９０が配置されている。冷却ジャケット２９０は環状のものであり、その内周面には、冷却液が噴射される多数の噴射口２９２が形成されている。冷却ジャケット２９０の底部には、冷却液を供給する供給管２９４が接続されている。この供給管２９４は下方に延びており、その下端部には、外部のパイプ（図示せず）に接続されて冷却液が供給される冷却液供給口２９６が形成されている。

冷却ジャケット２９０の内径は、テーブル２２２に載置されるワークＷ３の外径よりも大きい。ワークＷ３の外周面に冷却液を噴射してこの外周面を急冷するときは、冷却ジャケット２９０の内周面とワークＷ３の外周面とが向き合うようにテーブル２２２を下降させる。

上記した実施例３では、第１誘導加熱コイル２４０と第２誘導加熱コイル２５０でワークＷ３の外周面に形成された溝Ｗ３ａの壁面Ｗ３ｂを誘導加熱する例を示したが、壁面Ｗ３ｂを第１誘導加熱コイル２４０で誘導加熱し、ワークＷ３の内周面に溝を形成してその壁面Ｗｂ（図４参照）を第２誘導加熱コイル２５０で誘導加熱するように構成してもよい。また、ワークＷ３の外周面に、ワークＷ２（図７参照）と同様に二つの溝ＷＳ，ＷＬが形成されている場合は、第１誘導加熱コイル２４０で上の溝ＷＳを誘導加熱し、第２誘導加熱コイル２５０で下の溝ＷＬを誘導加熱するように構成してもよい。

また、ワークＷ３の内周面及び外周面のうち３箇所以上の円弧状部分を同時に誘導加熱する場合がある。この場合は、これら３箇所以上の円弧状部分を同時に誘導加熱する３つ以上の誘導加熱コイルを誘導加熱装置に備える。さらに、この誘導加熱装置には、これら３つ以上の誘導加熱コイルを互いに独立して移動させる移動機構も備える。各移動機構の構成は、上述した移動機構６０と同じ構成である。上記した３つ以上の誘導加熱コイルには、それぞれ別個の高周波電源を接続してもよいし、３つ以上の誘導加熱コイルを幾つかのグループに分けて各グループごとに別個の高周波電源を接続してもよい。

誘導加熱装置の一例を示す斜視図である。 図１の誘導加熱装置をＸ―Ｘで切断して模式的に示す断面図である。 ワークＷの一部と第１誘導加熱コイルを示す上面図であり、ワークＷの内周面から第１誘導加熱コイルを離した状態である。 ワークＷと第１誘導加熱コイルの横断面を示す断面図である。 加熱効率を測定する際におけるワークＷとコイルの寸法や位置関係を示す模式図である。 実施例２の誘導加熱装置を示す斜視図である。 実施例２の誘導加熱装置とワークを示す断面図である。 実施例３の誘導加熱装置の一例を示す斜視図である。 図８の誘導加熱装置をＹ―Ｙで切断して模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０，１００，２００ 誘導加熱装置
２６ ギア
２８ シリンダ
３０ モータ
４０，１４０，２４０ 第１誘導加熱コイル
４０ａ，１４０ａ，２４０ａ 第１誘導加熱コイルの凸部
５０，１５０，２５０ 第２誘導加熱コイル
５０ａ，１５０ａ，２５０ａ 第２誘導加熱コイルの凸部
７０ 接点開閉機構
８２ 高周波電源
９０，２９０ 冷却ジャケット

Claims (6)

1. 環状の被加熱物を載置して上下動及び回転する載置台と、
   この載置台に載置された環状の被加熱物のうち中心角が１８０°未満の第１円弧状部分の内周面又は外周面を誘導加熱する円弧状の第１誘導加熱コイルと、
   前記環状の被加熱物のうち前記第１誘導加熱コイルが誘導加熱する円弧状部分とは異なる第２円弧状部分の内周面又は外周面を誘導加熱する円弧状の第２誘導加熱コイルと、
   前記載置台に載置された前記環状の被加熱物の半径方向に前記第１及び第２誘導加熱コイルを移動させる移動機構とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記第１及び第２誘導加熱コイルの下方に配置された、前記被加熱物の内周面又は外周面に冷却液を噴射する冷却ジャケットを備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記環状の被加熱物は、その内周面又は外周面にその周方向に延びる溝が形成されたものであり、
   前記第１及び第２誘導加熱コイルは、該溝の壁面に倣った形状の凸部を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記載置台を上下動させる上下動手段と、
   前記載置台を回転させる回転手段とを備えたことを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の誘導加熱装置。
5. 高周波電源に接続されて固定された第１接続導体と前記第１誘導加熱コイルとを接離自在に接続する第１接点開閉機構、及び、
   前記高周波電源とは異なる高周波電源に接続されて固定された第２接続導体と前記第２誘導加熱コイルとを接離自在に接続する第２接点開閉機構を備えたことを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
6. 環状の被加熱物を載置して上下動及び回転する載置台と、
   この載置台に載置された環状の被加熱物のうち３箇所以上の円弧状部分の内周面又は外周面を同時に誘導加熱する３つ以上の円弧状の誘導加熱コイルと、
   前記載置台に載置された前記環状の被加熱物の半径方向に前記３つ以上の誘導加熱コイルを移動させる移動機構とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。

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