JP2006032133A - 高周波誘導加熱コイル体 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁束集中を最も必要とする部分（最も焼入硬化層の形成の必要な部分）を十分に効率的に加熱することができる上に、並置される高周波誘導加熱コイル体において互いに逆方向に流れる高周波電流の間における相互干渉が少なく、鋼球又はころ転動用円周面のコーナー部の過熱も生じ難いような高周波誘導加熱コイル体を提供する。
【解決手段】 筒状部材１の内面に適宜間隔を隔てた位置に対称形に並設される断面湾曲状の鋼球(又はころ)転動用円周面２，３を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル体２０において、鋼球(又はころ)転動用円周面２，３に対応して配置される断面湾曲状のコイル頭部２２をそれぞれ有する複数のリング状高周波誘導加熱コイル８を備え、コイル頭部２２の頂点Ｐとコイル頭部２２の曲率中心Ｃとを結ぶ線Ｎが筒状部材１の軸線Ｍに対して傾斜した状態（傾斜角度θ）となるように複数のリング状高周波誘導加熱コイル２１を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車のハブユニットのような筒状部材の内面に適宜間隔を隔てて対称形に並設される鋼球転動用円周面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイル体に関する。

例えば、自動車に用いられるハブユニットのような筒状部材１は、図４に示すような軸断面形状のものから成る。すなわち、この筒状部材１の内面には、略１／４円弧状の断面形状の鋼球転動用円周面２，３が上下に少なくとも２つ形成されている。上方側の鋼球転動用円周面２と下方側の鋼球転動用円周面３とは、互いに対称形状となされており、それぞれが水平方向に沿って円周面（断面円弧状のリング面）を展開するように形成されている。従って、上述のような形状のため、上方側の鋼球転動用円周面２及び下方側の鋼球転動用円周面３と、筒状部材１の最小内径部４とは、コーナー部５，６でそれぞれ交差している。なお、上方側の鋼球転動用円周面２と下方側の鋼球転動用円周面３との軸線方向の間隔Ｗが狭い場合は、これらのコーナー部５，６は互いに近接した位置に形成されることになる。

以上の構造の筒状部材１の上方側及び下方側の鋼球転動用円周面２，３を焼入処理等のために高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイル体としては、例えば、図４に示すような高周波誘導加熱コイル体７が従来より用いられている。従来の高周波誘導加熱コイル体７は、図４に示すように、適宜間隔Ｌを隔てて互いに平行に並置される上方側の高周波誘導加熱コイル体７ａ及び下方側の高周波誘導加熱コイル体７ｂを有しており、高周波誘導加熱に際しては、これらの高周波誘導加熱コイル体７ａ，７ｂが、筒状部材１の内面において互いに対称形状をもって並設されている上方側の鋼球転動用円周面２及び下方側の鋼球転動用円周面３に対してほぼ同一の高さ位置においてこれらに対向した状態で水平配設されるようになっている。

すなわち、上方側及び下方側の高周波誘導加熱コイル体７ａ，７ｂは、全体として略同一形状（略同一寸法）のものであって、リング状高周波誘導加熱コイル８をそれぞれ備えており、それらのリング状高周波誘導加熱コイル８の外周側に設けられた断面湾曲状（例えば、断面半円弧形状）のコイル頭部９が図４に示すように水平方向に沿って配置されるようになっている。さらに具体的に述べると、高周波誘導加熱コイル体７ａ，７ｂを構成するリング状高周波誘導加熱コイル８は、断面湾曲状のコイル頭部９の頂部（最突出部）Ｐ並びにこのコイル頭部９の曲率中心Ｃが同一の水平面上に配置された状態の下で、これらのコイル頭部９が鋼球転動用円周面２，３に対して所定間隔を隔てて対向配置されるようになっている。

また、リング状高周波誘導加熱コイル８には、コイル頭部９を除く断面コ字状のコイル部分１０に磁束集中用の磁性体１１が取付けられており、コイル頭部９がこの磁性体１０により被包されている。かくして、リング状高周波誘導加熱コイル８と磁性体１１とにより高周波誘導加熱コイル体７ａ，７ｂが構成されている。そして、高周波誘導加熱時には、前記コイル部分１０及び磁性体１１も前記コイル頭部９と同様に水平に配置されるようになっている。

また、図４において矢印で示す如く、上方側の高周波誘導加熱コイル体７ａに流れる高周波電流Ｉの方向と、下方側の高周波誘導加熱コイル体７ｂに流れる高周波電流Ｉの方向とが互いに逆方向となるように設定されている。このように設定しているのは、次のような理由からである。すなわち、上方側の鋼球転動用円周面２と下方側の鋼球転動用内周面３には突出形状のコーナー部５，６が形成されるため、これらのコーナー部５，６（突出部分）が高周波誘導加熱時に過熱され易くなる。これを防止すべく、上方側の高周波誘導加熱コイル体７ａ及び下方側の高周波誘導加熱コイル体７ｂにそれぞれ流れる高周波電流Ｉの方向を逆方向にし、これにより電流の相互干渉（相殺効果）を生ぜしめてコーナー部５，６の過熱を抑えるようにしているのである。

なお、鋼球転動用円周面のような球面を焼入するための高周波誘導加熱コイル体としては、例えば、特開２００２−１６１３１１号公報（特許文献）に開示されているものが挙げられ、軸体の外面及び内面を高周波誘導加熱するものとしては、例えば、特開平１１−２１７６２７号公報（特許文献２）に開示されているものが挙げられるが、図４に示したような高周波誘導加熱コイル体７に近似する公示技術は見当らない。
特開２００２−１６１３１１号公報 特開平１１−２１７６２７号公報

前記のように、上方側の鋼球転動用円周面２及び下方側の鋼球転動用内周面３に形成されるコーナー部５，６が過熱されるのを防止すべく上方側の高周波誘導加熱コイル体７ａと下方側の高周波誘導加熱コイル体７ｂを流れる高周波電流Ｉの方向を逆方向にしているのであるが、鋼球転動用円周面２，３間の間隔が狭く、これに対応して高周波誘導加熱コイル体７ａ，７ｂ間の間隔Ｌが狭くなるような場合には、次のような問題点がある。すなわち、間隔Ｌが狭くなればなるほど、逆方向に流れている高周波電流Ｉの相互干渉が大きくなり、加熱効率が低下することとなるので、上方側及び下方側の鋼球転動用円周面２，３のうちで焼入硬化層Ｓの形成が最も必要な部分（図４において符号α，βでそれぞれ示す円弧中央の部分）において焼入硬化層Ｓの形成が不十分となる問題点がある。換言すれば、これらの部分α，βに高周波誘導加熱コイル体７ａ，７ｂの磁束を集中することができず、従ってこれらの部分α，βに対して十分な高周波誘導加熱を行なうことができないという不具合を生じる。

本発明は、このような問題点を解消すべくなされたものであって、その目的は、磁束集中を最も必要とする部分（最も焼入硬化層の形成の必要な部分）を十分に効率的に加熱することができ、鋼球又はころ転動用円周面の間の間隔が狭くして高周波誘導加熱コイル体の間の間隔が狭くなる場合であっても、並置される高周波誘導加熱コイル体において互いに逆方向に流れる高周波電流の間における相互干渉が少なく、鋼球又はころ転動用円周面のコーナー部の過熱も生じ難いような高周波誘導加熱コイル体を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明では、筒状部材の内面に適宜間隔を隔てた位置に対称形に並設される断面湾曲状の鋼球又はころ転動用円周面を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル体において、前記鋼球又はころ転動用円周面に対応して配置される断面湾曲状のコイル頭部をそれぞれ有する複数のリング状高周波誘導加熱コイルを備え、前記コイル頭部の頂点と前記コイル頭部の曲率中心とを結ぶ線が前記筒状部材の軸線に対して傾斜した状態となるように前記複数のリング状高周波誘導加熱コイルを構成している。
また、本発明では、前記コイル頭部の頂点と前記コイル頭部の曲率中心とを結ぶ線と、前記筒状部材の軸線とのなす傾斜角度を２５°乃至８５°にしている。
また、本発明では、前記リング状高周波誘導加熱コイルに磁束集中用の磁性体を取付けると共に、前記磁性体も前記リング状高周波誘導加熱コイルと同様の傾斜角度をもって配置するようにしている。

請求項１に記載の本発明は、鋼球又はころ転動用円周面に対応して配置される断面湾曲状のコイル頭部をそれぞれ有する複数のリング状高周波誘導加熱コイルを備え、コイル頭部の頂点とコイル頭部の曲率中心とを結ぶ線が筒状部材の軸線に対して傾斜した状態となるように複数のリング状高周波誘導加熱コイルを構成したものであるから、リング状高周波誘導加熱コイルのコイル頭部が傾斜して配置されるのに応じて、鋼球転動用円周面のうちの最も焼入硬化層の形成が必要な部分に向かって配置されることとなるため、当該部分を十分に効率的に高周波誘導加熱することができ、ひいてはこの部分に良好な焼入硬化層を形成することができる。一方、筒状部材の内面に並設される鋼球転動用円周面は対称形に形成され、高周波誘導加熱コイル体のコイル頭部が傾斜配置されることに伴って、上方側及び下方側高周波誘導加熱コイル体のリング状高周波誘導加熱コイルの部分の間隔が従来の場合に比べて広くなるため、両者間での高周波電流（互いに逆方向に流れる電流）の相互干渉が低減し、全体として良好な焼入硬化層を形成することが可能となる。

また、請求項２に記載の本発明は、コイル頭部の頂点と前記コイル頭部の曲率中心とを結ぶ線と、筒状部材の軸線とのなす傾斜角度を２５°乃至８５°にしたものであるから、このような傾斜角度の設定により、焼入硬化層を形成することが最も必要な部分にコイル頭部が対向して配置されることとなり、良好な焼入硬化層を最も効果的に形成することができる。

また、請求項３に記載の本発明は、リング状高周波誘導加熱コイルに磁束集中用の磁性体を取付けると共に、磁性体もリング状高周波誘導加熱コイルと同様の傾斜角度をもって配置するようにしたものであるから、リング状高周波誘導加熱コイルのコイル頭部を被包する磁性体を傾斜させたことに伴い、磁性力のより一層の強化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル体につき図１〜図３を参照して詳述する。なお、図１〜図３において、図４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は、一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル体２０を示すものであって、この高周波誘導加熱コイル体２０は、筒状部材１の鋼球転動用円周面２，３を焼入処理等のために高周波誘導加熱するためのものである。図１に示すように、高周波誘導加熱コイル体２０は、上方側の高周波誘導加熱コイル体２０ａと下方側の高周波誘導加熱コイル体２０ｂとで構成されており、これらのコイル体２０ａ，２０ｂは、互いに同一形状となされると共に水平面を挟んで上下対称に配置されるようになっている。

図１及び図２に示すように、上方側及び下方側の高周波誘導加熱コイル体２０ａ，２０ｂは水平方向に沿って配置されるリング状高周波誘導加熱コイル２１をそれぞれ備えており、それらのコイル頭部２２が角度θ（図２参照）だけ傾斜している。すなわち、図２に明示するように、コイル頭部２２の頂点Ｐと前記コイル頭部の曲率中心Ｃとを結ぶ直線Ａが筒状部材１の軸線Ｍに対して角度θをもって傾斜した状態となるように配置されている。なお、本実施形態では、上述の線Ａは、高周波誘導加熱コイル体２０ａ，２０ｂの断面中心軸Ｘ（図２参照）と一致している。かくして、リング状高周波誘導加熱コイル２１の全体が角度θだけ傾斜して配置されてそのコイル頭部２２が鋼球転動用円周面２，３のうちで焼入硬化層の形成を最も必要とされる部分α，βと対峙する位置にくるように構成されている。

一方、リング状高周波誘導加加熱コイル２１には磁束集中用の磁性体２３が取付けられており、この磁性体２３によりコイル頭部２２が被包されている。かくして、リング状高周波誘導加熱コイル２１と磁性体２３とにより、上方側及び下方側の高周波誘導加熱コイル体２０ａ，２０ｂがそれぞれ構成されている。なお、高周波誘導加熱コイル体２０ａ，２０ｂのリング状高周波誘導加熱コイル２１ａ，２１ｂには、筒状部材１のコーナー部５，６における過熱を防止するために、従来の場合と同様に図１において矢印で示す如く互いに逆の方向に高周波電流Ｉが流れるようになっている。

ここで、上述の傾斜角度θについて説明する。図２に示すように、本実施形態にあっては、上方側の鋼球転動用円周面２に形成すべき焼入硬化層Ｓにおいて最も焼入硬化層の形成の必要とされる部分α、βを通る法線（鋼球転動用円周面２，３の中央部分における法線）Ｎ
と、筒状部材１の軸線Ｂとの交角が前記の傾斜角度θにほぼ一致する。この角度θの値は、通常のハブユニットのような筒状部材１では２５°乃至８５°が望ましいことが実験により確かめられている。従って、本実施形態では、傾斜角度θを前記と同様の２５°乃至８５°の範囲に設定している。

傾斜角度θを前記の値に設定することにより、図１に示すように上方側及び下方側の高周波誘導加熱コイル体２０ａ，２０ｂを構成する上下２つのリング状高周波誘導加熱コイル２１は、互いに隔離する方向に配置される。このため、両者内を流れる高周波電流Ｉが逆方向であっても、高周波電流の相互干渉の程度は、従来の場合に比べて大幅に低減することになる。

本実施形態の高周波誘導加熱コイル体２０によれば、焼入硬化層の形成が最も必要とされる部分α，βを効率的に高周波誘導加熱することができ、ひいては高周波誘導加熱後の急冷処理にて所望の焼入硬化層を形成することができると共に、筒状部材１のコーナー部５，６の過熱も低減することができ、全体として高品質の焼入硬化層Ｓを形成することができる。なお、効率的な高周波誘導加熱ができるため、従来の場合に比べて投入電力の低減を図ることが可能であり、逆に投入電力を一定とすれば加熱時間を短縮し得て作業性の向上を図ることができる。さらに、リング状高周波誘導加熱コイル２１に加わる負荷が低減するため、その寿命の向上、すなわち、耐久性の向上を図ることができる。

図３は、コイル頭部を被包する磁性体による効果を模式的に示すものである。この図３は、１９９８ Ｆｌｕｘｔｒｏｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎg Ｉｎｃ．から参照したものである。このものは、軸体３０の外周を高周波誘導加熱コイル３１により高周波誘導加熱するものであり、図３の左側は磁性体のない裸の高周波誘導加熱コイル体３１であり、図３の右側は磁性体３２によって被包されたパワー増進型の高周波誘導加熱コイル３１を示すものである。図３に示すように、磁性体３２の有無により磁束Φの集中度が大幅に相異し、磁性体３２の被包効果が極めて大きいことがわかる。なお、本実施形態の高周波誘導加熱コイル体２０は、コイル頭部２２を被包する磁性体２３を用いたものであり、磁束集中効率が大きいことが裏付けられる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこ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、既述の実施形態では、加熱対象である筒状部材として自動車のハブユニットの如きものを採用したが、筒状部材としては、勿論、ハブユニットに限定するものではなく、既述のような対称的な鋼球転動用円周面を有する部材を加熱対象とする高周波誘導加熱コイル体として適用することが可能である。また、鋼球転動用円周面に限らず、ころ転動用円周面に対しても適用することが可能である。

本発明の高周波誘導加熱コイル体をハブユニットの鋼球転動用円周面に対応して配置した状態を示す断面図である。 鋼球転動用円周面における最も焼入硬化層の形成の必要な部分の位置を説明するための模式的拡大図である。 高周波誘導加熱コイル体を被包する磁性体の効果を説明するための模式的説明図である。 本発明の高周波誘導加熱コイル体をハブユニットの鋼球転動用円周面に対応して配置した状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 筒状部材
２，３ 鋼球転動用円周面
５，６ コーナー部
２０ 高周波誘導加熱コイル体
２１ リング状高周波誘導加熱コイル
２２ コイル頭部
２３ 磁性体
Ａ 直線
Ｂ 軸線
Ｃ 曲率中心
Ｐ 頂部
θ 傾斜角度
Ｎ 法線

Claims (3)

1. 筒状部材の内面に適宜間隔を隔てた位置に対称形に並設される断面湾曲状の鋼球又はころ転動用円周面を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイル体において、
   前記鋼球又はころ転動用円周面に対応して配置される断面湾曲状のコイル頭部をそれぞれ有する複数のリング状高周波誘導加熱コイルを備え、
   前記コイル頭部の頂点と前記コイル頭部の曲率中心とを結ぶ線が前記筒状部材の軸線に対して傾斜した状態となるように前記複数のリング状高周波誘導加熱コイルを構成したこと、
   を特徴とする高周波誘導加熱コイル体。
2. 前記コイル頭部の頂点と前記コイル頭部の曲率中心とを結ぶ線と、前記筒状部材の軸線とのなす傾斜角度を２５°乃至８５°にした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体。
3. 前記リング状高周波誘導加熱コイルに磁束集中用の磁性体を取付けると共に、前記磁性体も前記リング状高周波誘導加熱コイルと同様の傾斜角度をもって配置するようにした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体。

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