JP2010108896A - 高周波加熱用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】コイル部の内部に形成する冷却水通路を確実に形成するとともに、廉価で容易に製作できる高周波加熱用コイルを提供すること。
【解決手段】高周波コイル１は、２枚のコイル板１１Ａ、１１Ｂを接合して形成するコイル部１０と、焼入れ機に装着する装着部２０と、を備える。コイル部１０には、板圧方向に貫通するワークガイド孔１２と、ワークガイド孔１２とコイル板１１における装着部側取付け部の一端側にわたって板厚方向に貫通する切欠溝１３とが形成されている。各コイル板１１Ａ、１１Ｂの接合面には、冷却水通路１４を形成する。各コイル板１１Ａ、１１Ｂを、各コイル板１１Ａ、１１Ｂの材料を組織的に一体化する通電拡散接合方法によって接合する。コイル部１０を装着部２０に着脱可能に分割して形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの表面に熱処理を行うための高周波加熱用コイルに関する。

従来、ワークの表面に熱処理を行う場合、例えば、高周波焼入れや焼き戻し、あるいは焼き鈍し等が知られている。高周波焼入れの場合、一般的な高周波焼入れは、ワークの表面に螺旋状の高周波加熱用コイル(以下、高周波コイルともいう)を外嵌させて、ワークの表面を加熱する。ワークへの加熱は、高周波コイルに高周波電流を流して高周波コイルからワークに向かって高周波をあてることによって行われ、電磁誘導で発熱させてワークの表面を加熱させることになる。

高周波焼入れでは、加熱ワークを急冷するために、冷却水を使用することになる。高周波コイルをワークの外周面を相対的に移動させながら加熱する場合には、高周波コイルとともに相対的に移動する冷却水通路を配置する必要がある。

従来の高周波コイルは、冷却水通路を形成するためにパイプが使用されている。つまり、パイプ材を、ワークの形状に合わせて曲げながら合わせ面をロウ付けによって接合することによって、冷却水通路を有する高周波コイルが形成されることとなっていた。なお、高周波加熱用コイルの構成を示す従来の特許文献は発見されなかった。

しかし、パイプを使用してロウ付けで接合する高周波コイルでは、ロウ付けにかかる時間が多く作業効率が低下するとともに、高周波コイルがロウによって変形することもあった。また、ロウ付けによる接合は、その接合面を完全に密着することができずに接合するため、ロウがパイプ内に混入する虞があったり、また、冷却水が外部に漏れたりする虞があった。

また、パイプを曲げて高周波コイルを形成する場合、ワークが丸棒状に形成されている場合には、パイプを曲げること自体、それほど困難を要するものではないものの、ワークが角状であったり、複雑な形状であったりする場合には、短時間でその形状にすることは困難であり、又、パイプで高周波コイルを製作すること自体、できないこともあった。さらに、パイプを使用して高周波コイルを形成する場合、複雑な形状の冷却水通路は形成することができなかった。

一方、２枚の被接合材を密着した状態で接合できる技術が、本出願人の出願による公開特許公報（特開２００６−３１５０４０公報）で知られている。これによると、この接合技術は、通電拡散接合方法と呼ばれ、互いに突合わされた被接合材を、抵抗体を介して電極間に挟持した状態で、電極間に所定の電流密度の交流又は直流電流を供給することによって行われる。そして、被接合材自身の通電による自己発熱と接合面の接触抵抗による発熱に、抵抗体の抵抗発熱による加熱を付加し、被接合材を接合温度まで加熱することにより拡散接合して、一対の被接合材が密着するように接合されることとなっていた。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、廉価なコストで短時間に製作でき、また、内部に形成する冷却水通路を容易に加工することができて、冷却水の外部への漏れを防止できる高周波加熱用コイルを提供することを目的とする。

そのために、本発明に係る高周波加熱用コイルは、以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の発明では、ワークの表面を熱処理する高周波加熱用コイルであって、高周波電源に接続されて前記ワークを電磁誘導で発熱させるコイル部と、前記コイル部の一端側に配設されて熱処理機に装着する装着部と、を備えて構成され、前記コイル部が、複数枚のコイル板を、重合する方向に接合して形成され、前記コイル板には、前記ワークが挿通されるワークガイド孔と、前記ワークガイド孔の一端と前記コイル板における前記装着部の装着側端面とにわたって切り欠かれた切欠溝とが、接合された前記コイル板の板圧方向に貫通するように形成され、重合された前記コイル板の各接合面には、冷却水を流通させる冷却水通路が、前記ワークガイド孔の周りを囲うように形成され、前記接合面が、相互に密着して接合可能な接合手段により接合されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、コイル板を接合する前に、コイル板の接合面に、予め、加工を施すことができる。つまり、コイル板の接合面には、直接、機械加工により自由な加工を施すことができることから、例えば、冷却水通路を屈曲して形成したり湾曲状に形成したりすることができる。そのため、加工が施された接合面どうしを合わせて接合すれば、内部に冷却水通路を設けたコイル部を形成することができる。しかも密着するように接合することによって、冷却水通路から水が漏れる虞がない。さらに短時間で製作できることから生産効率も向上でき、廉価な費用で製作することが可能となる。

また、この高周波加熱用コイルのコイル部は、ワークを挿通するワークガイド孔や、ワークガイド孔からコイル板の装着部側端面にわたって形成された切欠溝を設けているから、ワークの周りを囲う加熱コイル体として形成されることとなる。そのためワークガイド孔にワークを挿入した状態で、コイル板に高周波電流を流すことによって、ワークを電磁誘導で加熱させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１の発明に係るものであって、前記接合手段が、対向する一対の前記コイル板間に電流を供給して一対の前記コイル板を組織的に一体化させる通電拡散接合方法によって接合されていることを特徴としている。

本発明によれば、通電拡散接合方法によって、対向する一対の板部材どうしを組織的に一体化するように密着して形成することができる。密着して形成することによって、冷却水通路から、冷却水の漏れを防止できるとともに、従来のようなロウ付けでの作業を省略することができることから、作業効率の低いロウ付けによる作業をなくして短時間での製作が可能となる。なお、コイル部は、一対のコイル板の接合面を合わせて、上述したように、本出願人により開示された通電拡散接合方法によって一体的に接合して形成されている。

請求項３記載の発明は、請求項１乃至２の発明に係るものであって、前記コイル部と前記装着部とは、分割して形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、コイル部が装着部と分割して形成されることによって、コイル部の交換を容易にすることができ、複雑な形状のワークであっても即座に対応することができる。

本発明における第１実施形態の高周波コイルを示す全体斜視図である。 図１の高周波コイルにおける一方のコイル板の接合面を示す平面図である 図１における装着部を示す正面図である。 同平面図である。 高周波コイルの第２の実施形態を示す平面図である。 同断面図である。 図５のコイル部における上側コイル板の接合面を示す詳細図である。 図５のコイル部における下側コイル板の接合面を示す詳細図である。

次に、本発明の高周波加熱用コイルの実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明にあっては、高周波加熱用コイルは、高周波焼入れ機に装着するもので説明するものであるが、焼き戻しや焼き鈍し等の熱処理機で使用する場合も適用するものである。

図１は、高周波加熱用コイル１の全体を示す斜視図であり、コイル部１０と装着部２０とを備えて構成されている。

第１の実施形態のコイル部１０は、Ｈ字状のワークを熱処理するものであり、２枚のコイル板１１（上側コイル板１１Ａ、下側コイル板１１Ｂ）を接合して形成されている。コイル部１０には、ワークＷを挿通して加熱するワーク加熱部１０１が一端側に配置され、装着部２０を装着する装着部側取付け部１０２が他端側に配置されている。

コイル板１１には、ワーク加熱部１０１に配置されるとともにワークＷの形状に合わせたワークガイド孔１２が、接合された２枚のコイル板１１の板圧方向に貫通して形成されている。また、ワークガイド孔１２の一端からコイル板１１の装着部側取付け部１０２の端面に向かって切欠溝１３が、接合された２枚のコイル板１１の板圧方向に貫通して形成されている。つまり、コイル板１１は、コイル部１０の装着部側取付け部１０２において、切欠溝１３を間にして対向して配置される第１コイル板元部１１１と第２コイル板元部１１２と、コイル部１０のワーク加熱部１０１に配置されて第１コイル板元部１１１と第２コイル板元部１１２とを連結するコイル板先端部１１３を備えて略Ｕ字状に形成されることとなる。したがって、コイル部１０は、ワークＷの周りを囲う一般の加熱コイル体として形成されることとなる。

なお、切欠溝１３には図示しない絶縁体を配置して、切欠溝１３内を間にして対向して配置されたコイル板１１の対向面どうしを通電させないように構成することが望ましい。

ワークガイド孔１２は、Ｈ字状のワークＷの形状に沿ってＨ字状に形成されている。ワークガイド孔１２とワークＷとの間には全周面にわたって隙間が形成されている。ワークガイド孔１２の周りのコイル板１１の外周面には、ワークＷを均等に加熱するために調整するスリット１５が、それぞれ適宜の幅を有して複数箇所に形成されている。

上側コイル板１１Ａ、下側コイル板１１Ｂの接合面には、図２に示すように、冷却水が通る半溝状の冷却水通路１４が形成されている。冷却水通路１４は、接合面から所定の深さで溝状に形成されるとともに、上側コイル板１１Ａ又は下側コイル板１１Ｂの装着部側取付け部１０２の端面から、ワークガイド孔１２の周りを囲むように形成されている。ワークガイド孔１２を囲む冷却水通路１４の一部は、Ｈ字状に形成されたワークガイド孔１２の先端側に形成された凹状部１２１内に進出している。これは、加熱されたコイル板１１を冷却する際に、均等に冷却できるようにするものである。

２枚のコイル板１１Ａ、１１Ｂの接合は、通電拡散接合方法によって行われている。

この通電拡散接合方法は、「発明が解決しようとする課題」で述べているように、互いに突合わされた被接合材（上側コイル板１１Ａと下側コイル板１１Ｂ）を、抵抗体を介して電極間に挟持した状態で、電極間に所定の電流密度の交流又は直流電流を供給することによって行われる。そして、被接合材（上側コイル板１１Ａと下側コイル板１１Ｂ）自身の通電による自己発熱と接合面の接触抵抗による発熱に、抵抗体の抵抗発熱による加熱を付加し、被接合材を接合温度まで加熱することにより拡散接合して、一対の被接合材（上側コイル板１１Ａと下側コイル板１１Ｂ）が密着するように接合される。

この通電拡散接合方法で接合された上側コイル板１１Ａと下側コイル板１１Ｂは、上側コイル板１１Ａと下側コイル板１１Ｂの材料が組織的に一体的に接合されることから、冷却水が外部に漏れることがない。

装着部２０は、上側コイル板１１Ａと下側コイル板１１Ｂが接合されたコイル部１０の装着部側取付け部１０２の上面に装着されている。さらに、装着部２０は、コイル部１０の第１コイル板元部１１１上に取付けられた第１装着部２０Ａと、第２コイル板元部１１２上に取付けられた第２装着部２０Ｂとに分割して配置されている。第１装着部２０Ａと第２装着部２０Ｂとは、コイル部１０の切欠溝１３と略同幅寸法の隙間２５を有して分割されている。

図３〜４に示すように、それぞれの装着部２０（第１装着部２０Ａ、第２装着部２０Ｂ）は、図示しない焼入れ機に装着する縦ベース板２１と、コイル部１０上に取付けられる横ベース板２２と、縦ベース板２１と横ベース板２２とを連結して補強する略三角状の連結板２３から構成されている。縦ベース板２１には、焼入れ機に装着するためのボルト挿通孔２１１が形成され、横ベース板２２には、コイル部１０の装着部側取付け部１０２に取付けられるボルト挿通孔２２１が形成されている。また、連結板２３には、第１装着部２０Ａと第２装着部２０Ｂと連結するためのボルト挿通孔２３１が形成されている。

縦ベース板２１と横ベース板２２とは、コイル部１０と同様、２枚の板状部材を通電拡散接合方法によって接合されている。そのため、例えば、図４に示すように、横ベース板２２の一方の板状部材の接合面において、一部が屈曲した溝２２２を形成し、他方の板状部材の接合面において、溝２２２に連接する有底孔２２３を形成することができる。この溝２２２と有底孔２２３は、冷却水通路として形成すれば、例えば、コイル部１０の冷却水通路１４に連通することができる。したがって、装着部２０側から冷却水を供給することができる。

なお、第１装着部２０Ａと第２装着部２０Ｂとの間に形成される隙間２５に図示しない絶縁体を挿入して、隙間２５を間にして対向して配置された第１装着部２０Ａと第２装着部２０Ｂの対向面どうしを通電させないように構成することが望ましい。

次に上述のように構成された高周波コイル１の作用について説明する。

図１に示すように、２枚のコイル板１１を接合したコイル部１０に装着部２０をボルトＢで締結して取り付けた状態で、装着部２０の縦ベース板２１のボルト挿通孔２１１にボルトを挿通させて焼入れ機に装着する。この場合、装着部２０を予め焼入れ機に取付け、焼入れ機に取付けられた装着部２０にコイル部１０を取付けてもよい。

コイル板１１の第１コイル板元部１１１又は第２コイル板元部１１２側の端部から高周波電流を流すことによって、高周波電流は、第１コイル板元部１１１（又は第２コイル板元部１１２）からコイル板先端部１１３を通って第２コイル板元部１１２に向かって流れる。この状態でワークＷをワークガイド孔１２内に挿通させると、ワークＷが誘導されて誘導加熱が発生してワークＷ自体が発熱する。高周波電流によってワークＷの表面付近は高密度のうず電流が発生し、そのジュール熱でワークＷの表面を加熱することになる。

ワークＷの表面の加熱が終了すると、ワークＷを急冷工程に移動してワークＷを急冷する。一方、加熱されたコイル部１０は、冷却水を冷却水通路１４に流すことによって冷却される。

次に、第２の実施形態におけるコイル部３０について、図５〜８に基づいて説明する。

図５〜６に示すように、第２の実施形態のコイル部３０は、円柱状のワークＷ１の表面を高周波焼入れするものであり、２枚のコイル板３１（上側コイル板４１、下側コイル板５１）を、第１の実施形態と同様の接合方法により、接合して形成されている。コイル板３１には、ワークＷ１を挿通して加熱するワーク加熱部３１１が一端側に配置され、第１の実施形態における装着部２０を装着する装着部側取付け部３１２が他端側に配置されている。

また、コイル板３１には、ワーク加熱部３１１に配置されるとともにワークＷの形状に合わせたワークガイド孔３２が、接合されたコイル板３１の板圧方向に貫通して形成されている。ワークガイド孔３２は、円柱状のワークＷ１の形状に沿って上部にテーパ部３２１と下部にワーク挿通部３２２とを備えた断面真円状に形成されている。ワークガイド孔３２とワークＷ１との間には全周面にわたって隙間が形成されている。また、ワークガイド孔３２の一端からコイル板３１の装着部側取付け部３１２の端面に向かって切欠溝３３が、接合されたコイル板３１の板圧方向に貫通して形成されている。つまり、コイル板３１は、コイル板３１の装着部側取付け部３１２において、切欠溝３３を間にして対向して配置される第１コイル板元部３１３と第２コイル板元部３１４と、コイル板３１のワーク加熱部３１１に配置されて第１コイル板元部３１３と第２コイル板元部３１４とを連結するコイル板先端部３１５と、を備えて略Ｕ字状に形成されることとなる。

さらにコイル板３１には、装着部側取り付け部３１２において、第１コイル板元部３１３と、第２コイル板元部３１４とに、それぞれ装着部２０が装着されるボルト挿通孔３４が各一箇所に形成され、冷却水を供給する冷却水供給孔３５が第１コイル板元部３１３と、第２コイル板元部３１４とに、各一箇所に形成されている。

なお、切欠溝３３には図示しない絶縁体を配置して、切欠溝３３内を間にして対向して配置された第１コイル板元部３１３と、第２コイル板元部３１４の対向面どうしを通電させないように構成することが望ましい。

上側コイル板４１は、図６、図７に示すように、一端側に配置されるワーク加熱部４１１と、他端側に配置される装着部側取付け部４１２とを備えている。上側コイル板４１の接合面には、ワークガイド孔３２のテーパ部３２１が形成されるとともに、冷却水供給孔３５が形成され、ワークガイド孔３２と冷却水供給孔３５を連接するように冷却水通路４２が形成されている。また、ワークガイド孔３２の一端から装着部側取付け部４１２の端面に向かって切欠溝４３が、上側コイル板４１の板圧方向に貫通して形成されている。

また、上側コイル板４１は、装着部側取付け部４１２において、切欠溝４３を間にして対向して配置される第１コイル板元部４１３と第２コイル板元部４１４と、ワーク加熱部４１１に配置されて第１コイル板元部４１３と第２コイル板元部４１４とを連結するコイル板先端部４１５と、を備えて略Ｕ字状に形成されることとなる。装着部側取り付け部４１２において、第１コイル板元部４１３と、第２コイル板元部４１４とにそれぞれ１箇所にボルト挿通孔３４が形成されている。

上側コイル板４１の接合面に形成される、ワークガイド孔３２のテーパ部３２１、ボルト挿通孔３４、冷却水供給孔３５、冷却水通路４２、切欠溝４３は、上側コイル板４１の接合面から機械加工にて加工される。

下側コイル板５１は、図６、図７に示すように、一端側に配置されるワーク加熱部５１１と、他端側に配置される装着部側取付け部５１２とを備えている。下側コイル板５１の接合面には、ワークガイド孔３２のワーク挿通部３２２が形成されるとともに、ワークガイド孔３２と冷却水供給孔３５を連接するように冷却水通路５２が形成されている。また、ワークガイド孔３２の一端から装着部側取付け部５１２の端面に向かって切欠溝５３が、下側コイル板５１の板圧方向に貫通して形成されている。

また、下側コイル板５１は、装着部側取付け部５１２において、切欠溝５３を間にして対向して配置される第１コイル板元部５１３と第２コイル板元部５１４と、ワーク加熱部５１１に配置されて第１コイル板元部５１３と第２コイル板元部５１４とを連結するコイル板先端部５１５と、を備えて略Ｕ字状に形成されることとなる。装着部側取付け部５１２において、第１コイル板元部５１３と、第２コイル板元部５１４とにそれぞれ１箇所にボルト挿通孔３４が形成されている。また、ワーク挿通部３２２の周りには、冷却水通路５２から連接された、冷却水噴射孔５４が反接合面に向かって放射線方向に等角度で他数個に形成されている。各冷却水噴射孔５４は、ワークガイド孔３２の軸心に向かって噴射できるように斜め方向に形成されている。

下側コイル板５１の接合面に形成される、ワークガイド孔３２のワーク挿通部３２２、ボルト挿通孔３４、冷却水供給孔３５、冷却水通路５２、切欠溝５３、冷却水噴射孔５４は、下側コイル板５１の接合面から機械加工にて加工される。

このように構成されたコイル板３１を装着部２０に装着して、焼入れ機に装着する。このコイル板３１の場合、ワークＷ１はコイル板３１のワークガイド孔３２内を摺動しながら加熱される。加熱後は、冷却水が冷却水噴射孔５４から噴射されて、ワークＷ１は急冷されることとなる。

上述のように、実施形態の高周波コイル１のコイル部（１０、３０）は、２枚のコイル板（１１Ａ、１１Ｂ）又はコイル板（４１、５１）を接合して形成することによって、ワーク（Ｗ、Ｗ１）の形状に合わせてワークガイド孔（１２、３２）を形成するとともに冷却水通路（１４、３２）を形成することができる。そのため、ワークガイド孔や冷却水通路が複雑な形状、例えばワーク（Ｗ、Ｗ１）が凹状部を含んだ形状であったり、又、冷却水通路（５２）の冷却水噴射孔（５４）を多数に形成したりしても、機械加工で自由に加工することができるから、短時間に容易に製作することができる。

しかも、２枚のコイル板（１１Ａ、１１Ｂ又は４１、５１）の接合方法を、組織的に一体化できる通電拡散接合方法によって行うことから、冷却水の外部への漏れを確実に防止することができる。

さらに、高周波コイル１が、ワーク（Ｗ、Ｗ１）を加熱処理するコイル部（１０、３０）を焼入れ機に装着する装着部（２０）に対して分割して構成するため、コイル部（１０、３０）の取替えを容易にすることができる。そのため形状の異なるワーク（Ｗ、Ｗ１）に対して即座に対応理することができる。

なお、本発明の高周波加熱用高周波コイルは、上述の形態に限定するものではない。例えば、一対のコイル板に供給する電流が交流電流であったり、又は直流電流であったりしてもよい。また、ワークＷの形状は、上述の形態ではなくあらゆる形状のワークを対象にすることができる。また、ワークを加熱する際、ワークに対するコイル部を相対的に可動型にしてもよく、相対的に移動しない固定型であっても対応することができる。さらに、冷却水がコイル部を冷却するだけのものであったり、ワークに噴射するように構成されていたりしても、すべてに対応できるものである。

１、高周波コイル
１０、コイル部
１１、コイル板
１１Ａ、上側コイル板
１１Ｂ、下側コイル板
１２、ワークガイド孔
１３、切欠溝
１４、冷却水通路
１５、スリット
２０、装着部
２１、縦ベース板
２２、横ベース板
２３、連結板
２５、隙間
３０、高周波コイル
３１、コイル板
３２、ワークガイド孔
３３、切欠溝
４１、上側コイル板
４２、冷却水通路
５１、下側コイル板
５２、冷却水通路

Claims (3)

1. ワークの表面を熱処理する高周波加熱用コイルであって、
   高周波電源に接続されて前記ワークを電磁誘導で発熱させるコイル部と、前記コイル部の一端側に配設されて熱処理機に装着する装着部と、を備えて構成され、
   前記コイル部が、複数枚のコイル板を、重合する方向に接合して形成され、
   前記コイル板には、前記ワークが挿通されるワークガイド孔と、前記ワークガイド孔の一端と前記コイル板における前記装着部の装着側端面とにわたって切り欠かれた切欠溝とが、接合された前記コイル板の板圧方向に貫通するように形成され、
   重合された前記コイル板の各接合面には、冷却水を流通させる冷却水通路が、前記ワークガイド孔の周りを囲うように形成され、
   前記接合面が、相互に密着して接合可能な接合手段により接合されていることを特徴とする高周波加熱用コイル。
2. 前記接合手段が、対向する一対の前記コイル板間に電流を供給して一対の前記コイル板を組織的に一体化させる通電拡散接合方法によって接合されていることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱用コイル。
3. 前記コイル部と前記装着部とは、分割して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波加熱用コイル。

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