JP2010024515A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒側壁に孔が設けられている長尺状で中空のワークの誘導加熱と冷却とを良好に実施できる誘導加熱装置を提供することである。
【解決手段】円筒側壁に孔４が設けられた長尺状で中空のワーク６を誘導加熱する誘導加熱装置１であって、ワーク６の内部に加圧空気１０を供給する加圧空気供給手段２を設け、加圧空気供給手段２によって供給された加圧空気１０を孔４から流出させて孔４周辺の過熱を防止すると共に、孔４から冷却液９が侵入することを防止する。ワーク６に対して無酸化焼入又は弱酸化焼入を実施し、さらに加圧空気供給手段２によって酸素を含まない加圧空気１０ａを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒側壁に孔が設けられた中空状のワークを誘導加熱する誘導加熱装置に関するものである。

従来、長尺状で中空のワークを誘導加熱する際には、ワークの両側をセンターピン（ワーク支持部材）で押圧支持し、ワークを回転駆動することによって均一な焼入面が得られるようにしていた。このような焼入装置が特許文献１に開示されている。
特開２００２−６０８３３号公報

ところで、中空のワークを誘導加熱する場合、その肉厚が薄くなるほどずぶ加熱になり易い。特に、ワークの円筒側壁に孔が設けられていると、孔の開口部分は他の部位よりも昇温し易い。また、誘導加熱し昇温したワークを冷却する際には、孔からワーク内部に冷却液が侵入し、部位によって冷却速度に差ができ易くなって割れが生じる恐れがある。

そこで本発明は、円筒側壁に孔が設けられている長尺状で中空のワークの誘導加熱と冷却とを良好に実施できる誘導加熱装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、円筒側壁に孔が設けられた長尺状で中空のワークを誘導加熱する誘導加熱装置であって、前記ワークの内部に加圧空気を供給する加圧空気供給手段を設け、該加圧空気供給手段によって供給された加圧空気が前記孔から流出することを特徴とする誘導加熱装置である。

請求項１の発明では、加圧空気供給手段によって供給された加圧空気がワークの円筒側壁の孔から流出するので、孔の開口部分の過剰な温度上昇が抑制される。その結果、孔の開口部分が必要以上に過熱状態となるのを防止することができる。これにより、ワークの焼入の均一化を図ることができるようになる。

請求項２の発明は、加圧空気供給手段は、少なくともワークを誘導加熱するとき及び／又は冷却するときに加圧空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置である。

請求項２の発明では、加圧空気供給手段が、少なくともワークを誘導加熱するとき及び／又は冷却するときに加圧空気を供給するので、ワークに部分的な温度差が生じにくくなる。その結果、良好な誘導加熱を実施することができるようになる。

請求項３の発明は、冷却中には、円筒側壁に設けられた孔から加圧空気が流出することを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置である。

請求項３の発明では、冷却中には、円筒側壁に設けられた孔から加圧空気が流出するので、冷却液が孔からワーク内部に侵入しない。その結果、ワークの冷却が均一に実施され易くなり、割れの発生を未然に防ぐことができる。

請求項４の発明は、前記ワークの誘導加熱は、無酸化焼入又は弱酸化焼入であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の誘導加熱装置である。

ここで無酸化焼入とは、酸素を完全に遮断した状態で実施する焼き入れであり、弱酸化焼入とは、酸素量が極めて少ない状態で実施する焼き入れである。
請求項４の発明では、前記ワークの誘導加熱は、無酸化焼入又は弱酸化焼入であるので、ワークの表面に酸化スケールが形成されない。よって、焼入後のワークは、表面処理が不要である。

請求項５の発明は、加圧空気供給手段は、酸素を含まない空気を供給することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置である。

請求項５の発明では、加圧空気供給手段が酸素を含まない空気を供給するので、ワークの周囲には酸素が存在せず、ワークに酸化スケールが形成されるのを阻止することができる。

本発明を実施すると、円筒側壁に孔が設けられた長尺状で中空のワークを良好に誘導加熱することができるようになる。冷却時においても、円筒側壁の孔から冷却液が侵入することを阻止できるので、局所的に冷却が進むことを防止でき、ワークに歪みや割れが発生するのを防止することができる。

図１は、本発明を実施した誘導加熱装置のワーク支持部材と長尺状のワークの部分横断面図である。図１に示すように、本発明の誘導加熱装置１で誘導加熱されるのは、長尺状で中空のワーク６である。ワーク６の両端は開口して開口部６ａが形成されており、円筒側壁には複数の孔４が設けられている。

図１に示すように誘導加熱装置１はワーク支持部材２，加熱コイル７，及び冷却ジャケット８を備えている。
順次説明すると、ワーク支持部材２は、先端部が先細り形状を呈している。この先端部をワーク６の両端部の開口６ａに差し込み、さらに所定の押圧力を加えてワーク６を挟持する。ワーク支持部材２は、図示しないモータによって回転駆動が可能である。よって、ワーク支持部材２で挟持されたワーク６は、ワーク支持部材２と共に回転することができる。また、ワーク支持部材２は、図示しないサーボモータによって矢印Ａで示す方向に往復移動が可能である。

さらにワーク支持部材２には、空気通路３（加圧空気供給手段）が設けられている。この空気通路３には配管５が接続されている。配管５には図示しないコンプレッサが接続されており、コンプレッサによって配管５及び空気通路３を介してワーク６の内部に加圧空気を供給することができるようになっている。すなわち、コンプレッサを稼働させると、ワーク６内の空気圧は、ワーク６の外部よりも高圧になる。ところで、ワーク６の側壁には複数の孔４が設けられているので、内部の高圧の空気は、孔４を介して外部に流出する。

上述のように、誘導加熱装置１には環状の加熱コイル７と冷却ジャケット８とを備えている。加熱コイル７と冷却ジャケット８は、所定距離だけ離間して同芯状に配置されており、内部をワーク６が矢印Ａで示す方向（軸芯方向）にワーク支持部材１で支持されながら往復移動する。

加熱コイル７には図示しない高周波電源とトランスが接続されており、高周波電流が流れる。また、環状の冷却ジャケット８は、ワーク６の周囲に冷却液を噴射供給するものであり、誘導加熱されて昇温したワーク６を急冷することができる。

次に、誘導加熱装置１の動作を説明する。
誘導加熱するワーク６を、対向するワーク支持部材２の間に配置し、両ワーク支持部材２を接近させてワーク６を挟持する。誘導加熱が開始されると、ワーク６は右端側から順に誘導加熱されながら右方へ移動し、冷却ジャケット８から冷却液９が噴射されて急冷される。

誘導加熱装置１では、ワーク６を誘導加熱する際に、ワーク６の内部に加圧空気を供給する点が従来の誘導加熱装置と大きく相違している。すなわち、図示しないコンプレッサを駆動し、加圧空気を配管５及び空気通路３を介してワーク６内に供給し、ワーク６の内部の空気圧を外部よりも高圧にする。そのため、ワーク６内の高圧の空気１０は、孔４からワーク６の外部へ流出する。

ワーク６は中空であるため、肉厚が薄いほど誘導加熱するとずぶ加熱になり易く、良好な焼入を実施するのは困難である。特に、ワーク６は、側壁に孔４が開いているので、孔４の開口周囲は特に過熱昇温し易い。ところが、本発明を実施した誘導加熱装置１では、孔４から加圧空気１０を流出させるので、孔４の周囲が過熱状態となることを回避することができる。その結果、ワーク６は、良好に誘導加熱される。

また、誘導加熱が完了すると、ワーク６は冷却ジャケット８まで移動し、冷却液９が供給される。ワーク６に孔４が開いているので、従来の誘導加熱装置であれば、孔４から冷却液９がワーク６の内部に侵入し、ワーク６の冷却が全体としてバランスを欠いてしまい、冷却速度に差が生じることによって内部応力が増大して割れが生じることがある。しかし、本発明を実施した誘導加熱装置１では、加圧空気１０を孔４から流出させるので、ワーク６内への冷却液の侵入を阻止することができる。よって、ワーク６の冷却速度に部分的な差異が生じず、ワーク６の割れを防止することができる。

レイアウト上の問題で、ワーク支持部材２に配管５を設けることができない場合には、空気通路３は、図２に示すようにワーク支持部材２の回転軸芯に沿って真っ直ぐに設けられる。図２は、図１とは異なる空気通路３ａを有するワーク支持部材を備えた誘導加熱装置１ａの部分横断面図である。

ワーク６の全体が加熱コイル７によって誘導加熱され、冷却ジャケット８によって冷却液９が供給されて急冷されるように、ワーク支持部材２はワーク６を支持しながら矢印Ａで示す方向に往復移動する。その際、ワーク支持部材２は、加熱コイル７や冷却ジャケット８に衝突することなく、ワーク６を往復移動させることができる。

ところで、上述の誘導過熱を無酸化状態又は弱酸化状態で実施することもできる。図３は、無酸化状態で誘導加熱を実施できる本発明の誘導加熱装置の部分断面図である。図３の誘導加熱装置１１は、不活性ガス供給部材２５を備えている点が図１の誘導加熱装置１の構成と相違している。誘導加熱装置１１のその他の構成は誘導加熱装置１の構成と同じであり、同じ構成には同じ符号を付してあり、重複する説明は省略する。

不活性ガス供給部材２５は、各々環状の給気部材２１，排気部材２２，及び絶縁筒体２３を備えている。給気部材２１は、絶縁筒体２３の一方（図３で見て左方）の端部と一体化されており、同様に排気部材は絶縁筒体２３の他方（図３で見て右方）の端部と一体化されている。給気部材２１には不活性ガスを噴射供給する噴射口２１ａが設けられており、排気部材２２には排気口２２ａが設けられている。給気部材２１の噴射口２１ａから噴射供給された不活性ガス２６は、ワーク６と絶縁筒体２３の間の環状空間を流れ、排気部材２２の排気口２２ａから外部へ排出される。すなわち、不活性ガス供給部材２５はワーク６の外周側面（誘導加熱される部分）を覆っており、不活性ガス２６の流れがワーク６の外周側面から空気（酸素）を遮断する。ここで不活性ガス２６としては、窒素ガス等の化学反応しにくく、無害なガスが採用される。

絶縁筒体２３は、石英ガラスやセラミックス等の、加熱コイルによって誘導加熱されない素材で構成されている。また、誘導加熱装置１１では、加熱コイル１７は半開放鞍型コイルが採用されており、加熱コイル１７は絶縁筒体２３を介してワーク６を誘導加熱する。

また、ワーク支持部材２の空気通路３からワーク６内に供給される加圧空気は、酸素を含まない窒素ガス等を主成分とする不活性ガス１０ａである。よって、ワーク６の内部から孔４を介して不活性ガス１０ａが流出するようになっている。よって、ワーク６の誘導加熱される部分は、不活性ガス１０ａと不活性ガス２６よって空気（酸素）が完全に遮断される。これにより、ワーク６に酸化スケールが形成されるのを防止することができる。

さらに、冷却ジャケット８から供給される冷却液は、孔４から流出する不活性ガス１０ａによってワーク６内に侵入することができない。これにより、ワーク６は一様に冷却され、割れを防止することができる。

本発明を実施した誘導加熱装置のワーク支持部材と長尺状のワークの部分横断面図である。 図１とは別の本発明の誘導加熱装置のワーク支持部材とワークの部分横断面図である。 弱酸化状態で誘導加熱を実施できる本発明の誘導加熱装置の部分断面図である。

符号の説明

１ 誘導加熱装置
２ ワーク支持部材（加圧空気供給手段）
３ ワーク支持部材の空気通路
４ ワーク側壁の孔
６ ワーク
７ 加熱コイル
８ 冷却ジャケット
９ 冷却液
１０ 加圧空気
１０ａ 加圧された不活性ガス
１１ 誘導加熱装置
２５ 不活性ガス供給部材
２６ 不活性ガス

Claims (5)

1. 円筒側壁に孔が設けられた長尺状で中空のワークを誘導加熱する誘導加熱装置であって、
   前記ワークの内部に加圧空気を供給する加圧空気供給手段を設け、該加圧空気供給手段によって供給された加圧空気が前記孔から流出することを特徴とする誘導加熱装置。
2. 加圧空気供給手段は、少なくともワークを誘導加熱するとき及び／又は冷却するときに加圧空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 冷却中には、円筒側壁に設けられた孔から加圧空気が流出することを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記ワークの誘導加熱は、無酸化焼入又は弱酸化焼入であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の誘導加熱装置。
5. 前記加圧空気供給手段は、酸素を含まない空気を供給することを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。

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