JP2005251595A

JP2005251595A - 高周波誘導加熱コイル装置

Info

Publication number: JP2005251595A
Application number: JP2004061559A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yokoo; 横尾　　敏浩; Keiichi Kubo; 啓一久保; Yosuke Ohashi; 要介大橋
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: JP4242792B2

Abstract

【課題】切削加工によるバリ除去に先立って、バリの全体を高周波誘導加熱により適温に高周波誘導加熱し、その後のバリの切削除去の容易化や効率化を可能にする高周波誘導加熱コイル装置を提供する。
【解決手段】２つの部材１，２の接合箇所に生じる突起状のバリ３を削除するのに先立ってバリ３を適温に加熱する高周波誘導加熱コイル装置１０において、バリ３をほぼ半円弧状に覆う半開放鞍型の形状の互いに隣接する第１のコイル導体部１８及び第２のコイル導体部１９を有するコイル本体１１を具備せしめ、第１のコイル導体部１８をその先端部分がバリ３の突出方向における側面位置（側面Ｓ）にまで延びる突出部Ｍを有するコイル導体とし、第２のコイル導体部１９をバリ３の外周面位置（外周面Ｐ）に近接する対称断面形状のコイル導体とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば摩擦圧接（摩擦係合）により接合される２部材の接合箇所に生じるバリを適温に加熱し、前記バリの切削除去を容易化及び効率化するための高周波誘導加熱コイル装置に関する。

同種又は異種の２つの部材（サイズの異なる部材を含む）を一体的に接合する一方法として、摩擦圧接が従来より採用されている。この摩擦圧接にて２つの部材（例えば、金属製管材）を一体に接合する場合には、図５に示すように、部材１と部材２との接合箇所には突起状のバリ３が生じる。このバリ３は除去する必要があり、従来では、通常、バイト４などによる切削加工によってバリ取りを行なうようにしている。

また、このバリ３を除去する公知技術として、特許文献１（特開平７−３２８９０６号公報）や特許文献２（特開平８−２１５８６３号公報）に記載のものが提案されている。なお、特許文献１に記載のバリ切削除去装置は、ディスクグラインダにて回転駆動される砥石をバリの部分に押しつけてバリを切削除去するようにしたものであり、特許文献２に記載の摩擦圧接装置は、バリの外周上にローラを配置してこのローラをバリの部分に押圧することによりバリを押し潰すようにしたものである。
特開平７−３２８９０６号公報特開平８−２１５８６３号公報

しかしながら、バリ３をバイト４などにて切削加工して除去する場合には、バリ３は比較的高硬度のため、バイトが短時間に摩擦して使用不能の状態となり、バイト４の交換を頻繁に行わねばならないという不具合がある。また、特許文献１に記載の砥石によるバリの切削除去では、バイトなどによる切削加工と同様に砥石の摩耗が早く、効率的なバリ取りを行なうことができないというも問題点がある。また、特許文献２に記載のローラによるバリの押し潰しでは、バリの硬度が高い場合にはバリの除去を充分に行なうことができないという問題点がある。

本発明は、以上の問題点を解決すべくなされたものであって、その目的は、切削加工によるバリ除去に先立って、バリの全体を高周波誘導加熱により適温（例えば、焼き鈍し温度）に高周波誘導加熱し、その後のバリの切削除去の容易化や効率化を可能にする高周波誘導加熱コイル装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために、本発明では、２つの部材の接合箇所に生じる突起状のバリを削除するのに先立って、前記バリを適温に高周波誘導加熱し、これにより前記バリの切削除去を効率化するために用いられる高周波誘導加熱コイル装置において、前記バリをほぼ半円弧状に覆う半開放鞍型の形状の互いに隣接する第１のコイル導体部及び第２のコイル導体部を有するコイル本体を具備し、前記第１のコイル導体部は、その先端部分が前記バリの突出方向における側面位置にまで延びる突出部を有するコイル導体から成り、前記第２のコイル導体部は、前記バリの外周面位置に近接する対称断面形状のコイル導体から成るようにしている。
また、本発明では、前記第１のコイル導体部に磁性材を取付ける一方、前記第２のコイル導体部には磁性材を取付けないようにしている。
また、本発明では、前記２つの部材は、摩擦圧接により接合される同種又は異種の２つの部材であるようにしている。
また、本発明では、前記２つの部材のうちの少なくとも一方が、外径の異なる複数の軸状部分を有する部材であり、前記複数の軸部の間の段面が前記２つの部材の接合箇所に生じるバリの近傍位置に存在する場合に、前記コイル本体と前記段面との間に磁束遮断用の磁性板を介在させるようにしている。
また、本発明では、電源部から前記コイル本体に電力を供給するリード部と前記コイル本体との間に、透明材から成る補強ブロックを架設し、前記コイル本体の温度を測定するための温度計測用レーザ照射器の照射光を、前記補強ブロックを通して前記コイル本体に照射するようにしている。

請求項１に記載の本発明は、先端部分がバリの突出方向における側面位置にまで延びる突出部を有するコイル導体から成る第１のコイル導体部と、バリの外周面位置に近接する対称断面形状のコイル導体から成る第２のコイル導体部とを互いに近接配置してバリを高周波誘導加熱するようにしたものであるから、切削加工によるバリ除去に先立って、バリの全体を高周波誘導加熱により適温（例えば、焼き鈍し温度）に高周波誘導加熱し、その後のバリの切削除去の容易化や効率化を図ることができ、後続の機械加工にてバリを綺麗に切削除去することが可能となる。また、機械加工に用いられるバイトなどの寿命を長くすることが可能となる。

また、請求項２に記載の本発明は、第１のコイル導体部に磁性材を取付ける一方、第２のコイル導体部には磁性材を取付けないようにしたものであるから、第１のコイル導体部から発生する磁束が磁性材によりバリに集中することとなり、しかも第１のコイル導体部の先端部分に設けられた突出部（バリの側面位置まで延びる延設部分）によりバリの側面が高周波誘導加熱されることとなるため、バリの高周波誘導加熱を確実に行なうことができる。さらに、本発明によれば、バリの全体を短時間に加熱すべく第１のコイル導体部に隣接せしめて第２のコイル部をバリの外周の近傍に配置し、かつ磁性材（コア）により第１のコイル導体部と第２のコイル導体部との間の磁束の打ち消しがないようにしているので、バリ全体の高周波誘導加熱の効率化を図ることができる。

また、請求項３に記載の本発明は、２つの部材が摩擦圧接により接合される同種又は異種の２つの部材であるようにしたものであるから、摩擦圧接すべき２つの部材の寸法や材質が同じであっても或いは互いに異なっていても、それらの条件に拘わりなく、摩擦圧接の施行時に２つの部材の接合箇所に生じる突起状（例えば、山状）のバリを効率良く高周波誘導加熱することができる。

また、請求項４に記載の本発明は、２つの部材のうちの少なくとも一方が、外径の異なる複数の軸状部分を有する部材であり、複数の軸部の間の段面が２つの部材の接合箇所に生じるバリの近傍位置に存在する場合（例えば、カムシャフトのシャフトとフロントエンドピースのように、外径の異なる２部材の摩擦圧接によって段面の近傍に生じたバリを加熱する場合）に、コイル本体と段面との間に磁束遮断用の磁性板（例えば、珪素鋼板）を介在させるようにしたものであるから、磁性板の存在により、コイル本体から前記段面への磁束を遮断することができ、バリの加熱を効率的に行うことができる。

また、請求項５に記載の本発明は、リード部とコイル本体との間に架設した透明材から成る補強ブロックを通して、温度計測用レーザ照射器の照射光をコイル本体に照射するようにしたものであるから、補強ブロックにより高周波誘導加熱コイル装置を補強することができると共に、レーザ照射によりバリの加熱温度を測定することができ、この測定温度に基いてバリの加熱温度が所望の適温となるように正確に設定することが可能である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図４を参照して詳述する。なお、図１〜図４において、図５と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル装置１０の全体構造を示すものであって、この高周波誘導加熱コイル装置１０は、例えば管材などの２つの部材１，２の接合箇所に生じる突起状のバリを削除するのに先立って、バリを適温（例えば、焼き鈍し温度）に加熱し、これにより前記バリの切削除去を効率化するために用いられるものである。

本実施形態の高周波誘導加熱コイル装置１０は、図１及び図２に示すように、コイル本体１１及びこのコイル本体１１に電源部１２から電力を供給するリード部１３を有するコイル構成体１４と、リード部１３とコイル本体との間に架設されこれを補強するガラスエポキシから成る透明な補強ブロック（透明材）１５と、温度測定用のレーザ照射器１６とから構成されている。また、上述のコイル本体１１は、バリ３をほぼ半円弧状に覆う半開放鞍型の形状の互いに平行状に隣接して配置された半開放鞍型の第１のコイル導体部１８及び第２のコイル導体部１９を具備しており、これらの第１及び第２のコイル導体部１８，１９は互いに直列接続されている。また、第１及び第２のコイル導体部１８，１９に連結されるリード部１３の部分には、絶縁用のガラステープ２０が巻き付けられている。

ここで、上述のコイル本体１１を構成する第１及び第２のコイル導体部１８，１９についてさらに詳細に述べると、次の通りである。まず、第１のコイル導体部１８は、図２及び図３に示すように、対称断面形状のものでなく、コイル本体１１の中央面（コイル本体１の湾曲面に平行な、コイル導体部１８，１９間の平面）に対してやや傾斜して配置されると共に、その先端部分（バリ３に対向する側の端部部分）がバリ３の突出方向における側面位置（側面Ｓ）にまで延びる突出部Ｍを有するコイル導体から構成されている。また、第１のコイル導体部１８は、冷却水を通すための通路２１を有する導電性パイプ材から構成されており、その外周には第１のコイル導体部１８に磁束を集中させるための磁性材から成るコア２２が取付けられている。なお、第１のコイル導体部１８を既述の如く傾斜に配置し、かつ、その先端部分に突出部Ｍを設けるようにしているのは、後述するように、バリ３の側面Ｓに当該第１のコイル導体部１８の突出部Ｍを近接させ、これによってバリ３に対しての高周波誘導加熱を容易にしかも効果的（効率的）に行なわせるためである。

一方、第２のコイル導体部１９は、バリ３の外周面位置に近接する対称断面形状（例えば、前記中央面に平行な面に対して左右対称の断面矩形状）のコイル導体から構成されている。かくして、上述の第１のコイル導体部１８の突出部Ｍは、バリ３の外周面に対向配置される第２のコイル導体部１９の内径側端面Ｎよりも内径側に突出した位置に配置されるようになっている。また、第２のコイル導体部１９は、冷却水を通すための通路２３を有する導電性パイプ材から構成されており、後述するように、その内径側の湾曲面Ｎがバリ３の外周面Ｐに近接して配置されるようになっている。なお、第２のコイル導体部１９には、既述の第１のコイル導体部１８の場合とは異なり、磁束集中用のコアは取付けられていない。

次に、例えば互いに同径の金属性パイプ材から成る部材１と部材２とを摩擦接合させた場合に生じるバリ３の除去手順について説明する。なお、図２及び図３に示すバリ３は、２つ山状（突起状）のものであるが、この山状の形状に限定されものではなく、各種形状の突起である場合であっても、バリ３の除去は可能である。

まず、バリ３を削除するのに先立ち、高周波誘導加熱コイル装置１０を用いてバリ３を適温に高周波誘導加熱する。この高周波誘導加熱に際しては、高周波誘導加熱コイル装置１０のコイル構成体１４のコイル本体１１をバリ３の近傍位置に対向して配置する。具体的には、図３に示すように、コイル本体１１を構成する第１のコイル導体部１８の先端部分の突出部Ｍを、バリ３の突出方向における側面Ｓに近接して対向配置すると共に、コイル本体１１を構成する第２のコイル導体部１９の内径側端面Ｎを、バリ３の外周面Ｐに近接して対向配置する。このような状態の下で、摩擦圧接された部材１，２をその軸線を中心に回転駆動すると共に、電源部１２からリード部１３を介してコイル本体１１（第１及び第２のコイル導体部１８，１９）に電力を供給して高周波電流を流すことにより、２つの部材１，２にそれぞれ生じているバリ３を高周波誘導加熱する。

この際、第１のコイル導体部１８にはコア２２が配置されているので、第１のコイル導体部１８及び第２のコイル導体部１９の磁力は相互に大きく異なり、両コイル導体部１８，１９間での磁束の打ち消しが発生せず、第１のコイル導体部１８の磁束がバリ３の側に集中する。これにより、バリ３の加熱が効率的に行われる。これに加えて、第１のコイル導体部１８に対向している一方のバリ３（図２及び図３において右側のバリ３）の側面Ｓには第１のコイル導体部１８に設けられた突出部Ｍが対向配置されるため、バリ３は側面Ｓからも加熱されることとなる結果、十分な温度上昇が得られることとなる。なお、この際のバリ３の加熱温度は、レーザ照射器１６から発射されて補強ブロック１５を通過するレーザ照射光により測定し、その測定温度を監視しながらバリ３の切削除去に最も効果的な条件（例えば、焼き鈍し温度）にまで正確に加熱する。

かくして、バリ３が適温、例えば、焼き鈍し温度（バリ３の硬度が低くなる温度）に到達したら高周波誘導加熱コイル装置１０による高周波誘導加熱を遮断し、次いで機械加工によってバリ３を切削除去する。この場合、バリ３が切削加工に適する温度すなわちバリ３が十分に低硬度になる温度に加熱されているため、バリ３の切削除去を容易にかつ効率的に行うことができる。

図４は、本発明の別の実施形態に係る高周波誘導加熱コイル装置３０を示している。この高周波誘導加熱コイル装置３０は、例えば、カムシャフトなどのように直径が異なる部分を有する部材に対して適用されるものであって、既述の高周波誘導加熱コイル装置１０に磁束遮断用の珪素鋼板（磁性板）３１を付設するようにしたものである。

例えばカムシャフトの場合には、シャフト３２とフロントエンドピース３３とを摩擦圧接により一体に接合するのであるが、フロントエンドピース３３は、外径の異なる複数の軸状部分（シャフト３２と同径の小径部３２ａとこの小径部３２ａより大きな直径の大径部３２ｂ）とを有する部材であり、フロントエンドピース３３の本体部３２ａの直径とシャフト３２の直径とが可成り相異している。従って、この両者を摩擦圧接する場合には、両者の接合する位置がフロントエンドピース３３の小径部３２ａと大径部３２ｂとの間に存在する段面３４の近傍となり、その近傍部分にバリ３が生じる。このバリ３を加熱する際には、第１のコイル導体部１８を図４に示すようにフロントエンドピース３３の段面３４に近接して配置するため、これらの間で磁束が分散される。そのため、本実施形態の高周波誘導加熱コイル装置３０にあっては、フロントエンドピース３３の段面３４と第１のコイル導体部１８との間に磁束遮断用の珪素鋼板３１を介在させるようにしている。これにより、磁束がバリ３に集中し、バリの加熱が短時間で効率的に行われることとなる。なお、バリ３は焼き鈍し温度の付近で低硬度となるため、普通のバイトを用いてバリ３を容易にかつ完全にしかも綺麗に除去することができる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明は、既述の実施形態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、本発明の高周波誘導加熱コイル装置１０，３０は、摩擦圧接によって生じるバリ３を加熱することに限定されるものではなく、２つの部材の接合箇所に発生する突起状のバリの加熱に適用することが可能であり、種々のバリの除去に広く使用され得るものである。勿論、同種材料のみならず異種材料間に生じるバリについても効率的な除去を行うことができる。また、第１のコイル導体部１８に設ける突出部Ｍの形状は各種に変更可能である。また、既述の高周波誘導加熱コイル装置３０にあっては、珪素鋼板３１に限らず他の各種の磁性材から成る板状部材を磁束遮断用として配置するようにしてもよい。また、第１及び第２のコイル導体部１８，１９は、図２〜図４に示すような配置関係に限定されることなく、図２〜図４に示す場合とは反対の配置関係に設定してもよい。また、段面３４がバリ３の左右両側に存在する場合には、各段面３４とコイル本体１１との間に珪素鋼板３１などの磁性材をそれぞれ介在させるようにしてもよい。また、本発明に係る高周波誘導加熱コイル装置は、摩擦圧接部がパイプ形状であって、それ以外の部位は機械加工した母材（例えば、パイプ部，中空加工部，丸棒など）となっている２つの部材に対しても適用可能である。

本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル装置の平面図である。図１の高周波誘導加熱コイル装置の断面図である。同径の２つの部材間に発生したバリを図１の高周波誘導加熱コイル装置にて高周波誘導加熱する際の状態を示す模式図である。本発明の別の実施形態に係る高周波誘導加熱コイル装置によりカムシャフトのシャフトとフロントエンドピースとの接合箇所に生じたバリを高周波誘導加熱する際の状態を示す模式図である。摩擦接合において生じるバリの従来の除去方法を示す模式図である。

符号の説明

１，２部材
３バリ
１０，３０高周波誘導加熱コイル装置
１１コイル本体
１２電源部
１３リード部
１４コイル構成体
１５補強ブロック（透明材）
１６レーザ照射器
１８第１のコイル導体部
１９第１のコイル導体部
２２コア（磁性材）
３１珪素鋼板（磁性板）
３２シャフト
３３フロントエンドピース
３４段面
Ｍ突出部
Ｎ内径側端面
Ｐ外周面
Ｓ側面

Claims

２つの部材の接合箇所に生じる突起状のバリを削除するのに先立って、前記バリを適温に高周波誘導加熱し、これにより前記バリの切削除去を効率化するために用いられる高周波誘導加熱コイル装置であって、
前記バリをほぼ半円弧状に覆う半開放鞍型の形状の互いに隣接する第１のコイル導体部及び第２のコイル導体部を有するコイル本体を具備し、
前記第１のコイル導体部は、その先端部分が前記バリの突出方向における側面位置にまで延びる突出部を有するコイル導体から成り、
前記第２のコイル導体部は、前記バリの外周面位置に近接する対称断面形状のコイル導体から成ること、
を特徴とする高周波誘導加熱コイル装置。
前記第１のコイル導体部に磁性材を取付ける一方、前記第２のコイル導体部には磁性材を取付けないことを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイル装置。
前記２つの部材は、摩擦圧接により接合される同種又は異種の２つの部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波誘導加熱コイル装置。
前記２つの部材のうちの少なくとも一方が、外径の異なる複数の軸状部分を有する部材であり、前記複数の軸部の間の段面が前記２つの部材の接合箇所に生じるバリの近傍位置に存在する場合に、前記コイル本体と前記段面との間に磁束遮断用の磁性板を介在させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の高周波誘導加熱コイル装置。
電源部から前記コイル本体に電力を供給するリード部と前記コイル本体との間に、透明材から成る補強ブロックを架設し、前記コイル本体の温度を測定するための温度計測用レーザ照射器の照射光を、前記補強ブロックを通して前記コイル本体に照射するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の高周波誘導加熱コイル装置。