JP2014224298A - 長尺状ワークの移動焼入装置、並びに、移動焼入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な焼入れ深さの焼入れパターンが得られると共に、速やかに移動焼入れを実施することができる長尺状ワークの移動焼入装置、並びに、移動焼入方法を提供することである。【解決手段】加熱コイル３の環状の誘導部５ａと誘導部６ａとを隣接配置し、各々、ワークＷ１の外周面２９に対向させる。誘導加熱を開始してから所定時間が経過するまでは、第１誘導部５ａのみに高周波電流が通電され、ワークＷ１の誘導部５ａが対向する第１領域のみを誘導加熱する。所定時間が経過すると、第２誘導部６ａにも高周波電流を通電すると共に、加熱コイル３をワークＷ１に沿って移動させる。第２領域、第３領域は、誘導部６ａに誘導加熱されてある程度の温度まで昇温し、さらに移動してきた誘導部５ａによって引き続き誘導加熱されて焼入れ温度に達する。その結果、ワークＷ１の焼入れ対象の全領域に渡って焼入れ深さが均一の焼入れパターンが形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、長尺状ワークの移動焼入装置、並びに、移動焼入方法に関するものである。

高周波電流が供給された加熱コイルをワーク（鉄鋼材料）に近接対向させると、ワーク表面に高周波誘導電流が励起され、ワークが誘導加熱される。そして、ワークの温度が焼入れ温度に達し、さらに冷却されることによって当該ワークは焼入れされる。

加熱コイルは、ワークの大きさや形状に合わせて形成される。ワークが長尺状である場合には、ワークの軸線に沿ってのびる直線状の加熱コイルを配置し、さらにワークを回転させると、ワークの全周面を均一に誘導加熱することができる。

また、従来、長さが異なるワークを、共通の加熱コイルで誘導加熱することができる移動焼入れと呼ばれる焼入れ方法を採用した高周波焼入装置が提案されている。特許文献１には、移動焼入れを実施することができる高周波焼入装置が開示されている。

特許文献１に開示されている高周波焼入装置は、１つのリング状の焼入コイル部（加熱コイル）を備えている。この焼入コイル部内にワークを配置し、焼入コイル部をワークの軸線方向に移動させることによってワークの周面を順次誘導加熱する。そして、ワークの全長に渡って誘導加熱が実施される。すなわち、焼入コイル部の移動距離を変更することによって、長さが異なる長尺状ワークを全長に渡って誘導加熱することができ、共通の焼入コイル部（加熱コイル）で、長さの異なる複数種類の長尺状ワークを誘導加熱（焼入れ）することができる。

特開平５−１４８５３１号公報

ところで、特許文献１に開示されているような高周波焼入装置で長尺状ワークを移動焼入れする場合、誘導加熱当初は、ワーク自体が低温であるため、ワークと加熱コイルを停止させた状態で誘導加熱を実施する。そして、誘導加熱部位が、所定の温度まで昇温してからワークと加熱コイルとをある一定の速度で相対移動させ、ワークの加熱対象部位の全長に渡って誘導加熱（焼入れ）するのが一般的な移動焼入れである。そして、加熱部位の焼入れ深さが可能な限り均一になるように、ワークと加熱コイルの相対移動を開始するタイミングが図られると共に、相対移動速度が設定される。

そのため、移動焼入れでは、１つのワークを焼入れするのに相当な時間が掛かる。そこで、ワークの焼入れ時間を短縮するための方法としては、誘導加熱を開始した直後からワークと加熱コイルとを相対移動させることと、相対移動速度を速めることが考えられる。ところが、これらの方法には次の様な問題がある。この問題を、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、ワークＷを断面視したものであるが、ハッチングは施していない。

図８（ａ）に示す様に、長尺状のワークＷの外周面に、特許文献１に開示されている様な加熱コイル５０の１つの環状の誘導部５０ａを対向配置する。図８では、ワークＷに対して、加熱コイル５０の誘導部５０ａが右方へ移動するものとする。この誘導部５０ａに高周波電流を通電すると、ワークＷの外周面における領域５１が昇温する。ここで、領域５１とは、二点鎖線で示された上流側部位５１ａと下流側部位５１ｂとで挟まれた領域である。すなわち、ワークＷにおける誘導部５０ａと対向する部位が誘導加熱されると、誘導加熱部位だけではなく、ワークＷにおける誘導加熱部位に近接する部位に熱が伝達され、加熱コイル５０の誘導部５０ａの幅よりも若干広い幅の領域５１の温度が上昇する。

そして、誘導加熱を開始した直後からワークＷと加熱コイル５０とを所定の速度で相対移動させる方法を採用すると、図８（ｂ）に示す様に、領域５１よりも下流側の領域５２は、良好に焼入れすることができるが、誘導加熱を開始した領域５１の加熱量が不足し、領域５１の焼入れ深さが不十分になる。すなわち、図８（ｂ）において符合６０で示す焼入パターンの焼入れ深さが、領域５１において浅くなる。

また、ワークＷと加熱コイル５０の相対移動速度を速める方法を採用すると、領域５２の加熱量が不足し（不図示）、領域５２の焼入れが不十分になる。すなわち、従来考えられる手法による移動焼入れでは、ワークＷの焼入れ対象部位を均一に焼入れすることと、焼入れ（誘導加熱）に要する時間を短縮することとを両立するのは困難である。

従来の移動焼入れについてさらに言及する。
図８（ｂ）の領域５１の加熱不足を補うために、誘導加熱を開始してから所定時間が経過した後にワークＷと加熱コイル５０とを相対移動させると、ワークＷにおける誘導加熱を開始した箇所の焼入れ深さを確保することができ、ワークＷには、図８（ｃ）に示す様な焼入パターン６１が形成される。すなわち、この場合には、領域５１の上流側部位５１ａ近傍の焼入れ深さが、図８（ｂ）に示す上流側部位５１ａ近傍の焼入れ深さよりも深くなっている。ところが、図８（ｃ）では、領域５１における最も下流側（加熱コイル５０が移動する方向の前方側であって、図８（ｃ）で見て右側）の下流側部位５１ｂの加熱量が最大となり、焼入パターン６１は、下流側部位５１ｂで必要以上に深く形成されてしまう。

これは、領域５１が、当初は停止状態で誘導加熱されており、このときには領域５１は全領域に渡って同様に昇温するが、領域５１が焼入れ温度に達してワークＷと加熱コイル５０とが相対移動すると、領域５１における上流側部位５１ａは、誘導加熱又は熱伝導の影響が直ちになくなるのに対して、下流側部位５１ｂは、加熱コイル５０による誘導加熱及び熱伝導の影響を比較的長く受けるためであると考えられる。すなわち、下流側部位５１ｂの加熱量が上流側部位５１ａよりも大となり、その結果、上流側部位５１ａの焼入れ深さが良好であったとしても、下流側部位５１ｂの加熱量が過剰になり、下流側部位５１ｂは無用に深く焼入れされてしまう。

そこで本件出願人は、上記とは別の方法を模索し、図９（ａ）に示す様な加熱コイル５３でワークＷの移動焼入れを試みた。加熱コイル５３は、環状の２つの誘導部（第１誘導部５３ａ、第２誘導部５３ｂ）を有する。第１誘導部５３ａと第２誘導部５３ｂは、電気的に直列に接続されており、第１誘導部５３ａと第２誘導部５３ｂには常に同一の高周波電流が流れる。また、図９（ａ）に示す様に、第１誘導部５３ａと第２誘導部５３ｂは、環の中心を一致させて近接配置されている。ワークＷは、第１誘導部５３ａと第２誘導部５３ｂ内を貫通するように配置される。そして、加熱コイル５３に高周波電流を供給すると、高周波電流は第１誘導部５３ａ及び第２誘導部５３ｂを流れ、ワークＷの外周面が誘導加熱（焼入れ）される。
これを図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照しながら説明する。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、ワークＷを断面視したものであるが、ハッチングは省略している。

加熱コイル５３は、図９（ａ）で見てワークＷに対して右方向に相対移動するものとすると、ワークＷには、第１誘導部５３ａによる誘導加熱の影響を受ける領域５５と、第２誘導部５３ｂによる誘導加熱の影響を受ける領域５６と、下流側の領域５７とが存在する。領域５５は、二点鎖線で示す上流側部位５４ａと中央部位５４ｂの間の領域であり、領域５６は、中央部位５４ｂと下流側部位５４ｃの間の領域であり、領域５７は、下流側部位５４ｃよりも下流側（右側）の領域である。

そして、加熱コイル５３に通電し、さらにワークＷに対して加熱コイル５３を相対移動させると、ワークＷの周面は、図９（ｂ）に示す様に焼入れされる。加熱コイル５３は、２つの誘導部（第１誘導部５３ａ、第２誘導部５３ｂ）を有しているので、ワークＷにおける第２誘導部５３ｂで誘導加熱された部位が、引き続き第１誘導部５３ａで誘導加熱されるため、図８（ｂ）の誘導部５０ａが１つしか設けられていない加熱コイル５０よりも、ワークＷに対する加熱コイル５３の相対移動の速度を速めることができる。よって、図９（ａ）に示すような加熱コイル５３を採用すると、ワークＷの焼入れを速やかに実施することができる。

しかし、この場合には、図９（ｂ）に示す様に、ワークＷにおける領域５７の焼入れ深さは均一になるが、領域５５、５６の焼入れ深さは不均一になる。すなわち、誘導加熱開始直後は、ワークＷの温度が低いため、第２誘導部５３ｂに続いて第１誘導部５３ａによって誘導加熱される領域５６の加熱量が不足し、焼入れ深さが不十分になる。また、領域５５は、第２誘導部５３ｂが対向する機会がないため、加熱量が特に不足し、その分だけ焼入れ深さが浅くなってしまう。

そこで、誘導加熱を開始した直後において、所定時間だけ加熱コイル５３とワークＷを相対移動させないようにすると、ワークＷの焼入れパターンは、図９（ｃ）に示す様に形成される。すなわち、領域５５、５６における加熱量が過剰になり、領域５５、５６における焼入れ深さが無用に深くなってしまう。

また、図１０（ａ）に示す様に、長尺状のワークＷ２に段部５８ａを有するフランジ部５８が設けられており、この段部５８ａを起点に外周面を移動焼入れする場合には、次の様な問題がある。ここで、ワークＷ２は、領域６２〜６４を有するものとし、領域６２は、段部５８ａを含む最も上流側の領域であり、上流側部位５９ａと、中央部位５９ｂの間の領域である。また、領域６３は、中央部位５９ｂと下流側部位５９ｃの間の領域である。さらに、領域６４は、下流側部位５９ｃよりも下流側（図１０（ａ）で見て右側）の領域である。

段部５８ａは、ワークＷ２の直径が大きい部位であり、他の部位よりも熱容量が大きい。そのため、段部５８ａの誘導加熱時間は、ワークの外周面にフランジ部５８（段部５８ａ）が設けられていない場合の誘導加熱時間よりも長く設定する必要がある。すなわち、誘導加熱を開始して停止状態での誘導加熱時間を長く設定する必要がある。

しかし、加熱コイル５３の停止時間を長く設定する分だけ、ワークＷ２の段部５８ａ以外の領域６２、６３の誘導加熱が過剰になり、ワークＷ２には、図１０（ｂ）に示す様な焼入れパターン６５が形成されてしまう。すなわち、領域６２では、中央部位５９ｂに近付くほど必要以上に焼入れ深さが深くなり、領域６３では、さらに下流側部位に近付くほど焼入れ深さが深くなってしまう。

ここで、図１０（ａ）、図１０（ｂ）において、２つの誘導部５３ａ、５３ｂを有する加熱コイル５３の代わりに、図８（ａ）の様な誘導部５０ａを１つだけ有する加熱コイル５０を採用すると、ワークＷ２の移動焼入れを完了するのに相当な時間が掛かってしまう。

そこで本発明は、均一な焼入れ深さの焼入れパターンが得られると共に、速やかな移動焼入れを実施することができる長尺状ワークの移動焼入装置、並びに、移動焼入方法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に記載の発明は、長尺状ワークの移動焼入装置であって、交流電源と、加熱コイルと、相対移動手段とを有し、前記相対移動手段は、加熱コイルと長尺状ワークとを、長尺状ワークの軸線に沿って相対移動させるものであり、前記加熱コイルは、第１加熱導体と第２加熱導体とを有しており、前記第１加熱導体と第２加熱導体は、各々前記長尺状ワークと対向配置可能であり、相対移動手段によって加熱コイルと長尺状ワークが相対移動すると、第１加熱導体は、長尺状ワークにおける第２加熱導体が対向している部位又は領域に対して第２加熱導体よりも遅れて対向し、前記交流電源は、前記加熱コイルに電力を供給するものであり、前記交流電源の電力を、第１加熱導体だけに供給する第１モードと、第１加熱導体と第２加熱導体に供給する第２モードのいずれかに切り換える切換手段を有することを特徴とする長尺状ワークの移動焼入装置である。

請求項１に記載の発明では、相対移動手段によって加熱コイルと長尺状ワークとが、長尺状ワークの軸線に沿って相対移動するので、長尺状ワークは、軸線に沿った長手方向に誘導加熱される。
加熱当初は、加熱コイルと長尺状ワークを相対移動させず、第１モードによって交流電源の電力を、加熱コイルの第１加熱導体のみに供給する。これにより、長尺状ワークにおける第１加熱導体が対向している部位又は領域のみが誘導加熱されて昇温する。
そして、長尺状ワークの誘導加熱されている部位が焼入れ温度まで昇温すると、切換手段によって第１モードから第２モードへ切り換え、交流電源の電力を加熱コイルの第２加熱導体にも供給する。これにより、長尺状ワークにおける第２加熱導体が対向する部位又は領域の誘導加熱が開始される。また、第２モードへ切り換えた際に、相対移動手段によって、加熱コイルと長尺状ワークとを相対移動させる。これにより、長尺状ワークにおける加熱コイルが対向する部位又は領域が移動する。すなわち、長尺状ワークの軸線に沿って、加熱コイルの第１加熱導体と第２加熱導体が移動する。
このとき、第１加熱導体が、長尺状ワークにおける第２加熱導体が対向している部位又は領域に対して第２加熱導体よりも遅れて対向するように、長尺状ワークと加熱コイルが相対移動する。すなわち、長尺状ワークにおける第２加熱導体によって誘導加熱された部位又は領域が、第１加熱導体によって誘導加熱される。そのため、第２加熱導体による誘導加熱によって、長尺状ワークにおける第２加熱導体が対向する部位又は領域が焼入れ温度まで昇温しなくても、当該部位又は領域は、第１加熱導体によってさらに誘導加熱されて昇温する機会が得られる。そして、当該部位又は領域を焼入れ温度まで昇温させることができる。
その結果、第１モードによって長尺状ワークにおける第１加熱導体によってのみ誘導加熱された部位又は領域の焼入れ深さと、第２モードによって長尺状ワークにおける第２加熱導体と第１加熱導体によって連続的に誘導加熱された部位又は領域の焼入れ深さとを、容易に均一化することができる。
また、加熱コイルと長尺状ワークの相対移動時には、長尺状ワークは第２加熱導体と第１加熱導体によって誘導加熱されるため、昇温し易い。よって、加熱コイルと長尺状ワークとを比較的速く相対移動させながら長尺状ワークを誘導加熱することができ、長尺状ワークの焼入れを速やかに終了することができる。
なお、第１モードから第２モードへの切換えは、誘導加熱を開始してから所定時間が経過した時点で行ってもよい。すなわち、誘導加熱を開始してから経過する時間をタイマで計測し、タイマが計測した時間が所定時間に達した時点をもって、ワークにおける第１加熱導体によって加熱されている部位又は領域が所定温度（焼入れ温度）に達したことを検出することができる。

請求項２に記載の発明は、長尺状ワークの移動焼入方法であって、第１加熱導体と第２加熱導体とを有する加熱コイルを前記長尺状ワークに対向配置し、前記第１加熱導体に通電して、長尺状ワークにおける第１加熱導体に対向する部位又は領域の誘導加熱を開始し、当該誘導加熱部位又は領域が所定温度まで昇温すると、加熱コイルの第２加熱導体にも通電して長尺状ワークにおける第２加熱導体に対向する部位又は領域の誘導加熱を開始し、且つ、加熱コイルと長尺状ワークとを長尺状ワークの軸線方向に相対移動させて、長尺状ワークにおける第２加熱導体で誘導加熱した部位又は領域に第１加熱導体を対向させて誘導加熱することを特徴とする長尺状ワークの移動焼入方法である。

請求項２に記載の発明では、当初、第１加熱導体のみに通電して長尺状ワークにおける第１加熱導体に対向する部位のみを誘導加熱する。これにより、長尺状ワークにおける第１加熱導体が対向する部位が昇温し、やがて所定温度（例えば焼入れ温度）に達する。
そして、第２加熱導体にも通電して、長尺状ワークにおける第２加熱導体が対向する部位の誘導加熱を開始する。さらに加熱コイルと長尺状ワークとを長尺状ワークの軸線方向に相対移動させて、長尺状ワークにおける第２加熱導体で誘導加熱した部分を第１加熱導体で誘導加熱する。すなわち、長尺状ワークにおける第２加熱導体によって誘導加熱されて昇温した部位が、第１加熱導体によって誘導加熱されてさらに昇温する。
そのため、第２加熱導体によって誘導加熱された部位が、焼入れ温度に達しなくても、第１加熱導体によって重ねて誘導加熱することによって、焼入れ温度まで昇温させることができる。

本発明の長尺状ワークの移動焼入装置では、長尺状ワークの焼入れ対象部位、又は焼入れ対象領域の焼入れ深さを均一化することができる。また、加熱コイルと長尺状ワークとを速やかに相対移動させることができ、長尺状ワークの焼入れを速やかに完了することができる。
また、本発明の長尺状ワークの移動焼入方法では、長尺状ワークの焼入れ対象部位、又は焼入れ対象領域の焼入れ深さを均一化することができると共に、長尺状ワークの焼入れを速やかに完了することができる。

移動焼入装置の誘導加熱装置の配線図である。 （ａ）は、移動焼入装置の加熱コイルが、ワークの誘導加熱を開始する直前の状態を示す一部縦断した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の移動焼入装置の加熱コイルが移動装置によって移動した状態を示す正面図である。 誘導加熱装置の加熱コイルの主要部分の斜視図であり、（ａ）は、切換装置を第１モードに切り換えた状態を示しており、（ｂ）は、切換装置を第２モードに切り換えた状態を示している。 加熱コイルとワークとが相対移動しない状態で第１加熱導体のみに通電し、ワークの誘導加熱を開始した状態を示す移動焼入装置とワークの正面図である。 図４において、ワークの加熱領域が所定温度まで昇温し、ワークと加熱コイルの相対移動を開始すると共に、第２加熱導体にも通電した状態を示す移動焼入装置とワークの正面図である。 図５の状態に引き続き、加熱コイルがワークの表面を順に誘導加熱している状態を示す移動焼入装置とワークの正面図である。 フランジを有する長尺状のワークの縦断正面図であり、（ａ）は、誘導加熱を開始する直前の状態を示し、（ｂ）は、誘導加熱を終了した状態を示す。 従来の加熱コイルが配置されたワークの縦断正面図であり、（ａ）は、誘導加熱を開始する直前の状態を示し、（ｂ）は、従来の手法によって、ワークの周面を移動焼入れした状態を示し、（ｃ）は、別の従来の手法によって、ワークの周面を移動焼入れした状態を示す。 図８とは別の従来の加熱コイルが配置されたワークの縦断正面図であり、（ａ）は、誘導加熱を開始する直前の状態を示し、（ｂ）は、従来の手法によって、ワークの周面を移動焼入れした状態を示し、（ｃ）は、別の従来の手法によって、ワークの周面を移動焼入れした状態を示す。 図９に示す従来の加熱コイルが配置されたフランジ部を有する長尺状ワークの縦断正面図であり、（ａ）は、誘導加熱を開始する直前の状態を示し、（ｂ）は、移動焼入れを完了した状態を示す。

以下、図１〜図３（ａ）を参照しながら移動焼入装置１の構成を説明する。
移動焼入装置１は、交流電源２、トランス１８、加熱コイル３、移動装置４（図２に示す相対移動手段）、切換装置７（切換手段）、及び図示しない冷却ジャケットを有する。

図１に示す様に、交流電源２は、商用電源１６からの給電を受ける高周波発振器１７を備えている。商用電源１６の交流は、高周波発振器１７によって高周波化される。すなわち、交流電源２は、高周波電力を出力することができる。

図１に示す様に、交流電源２は、トランス１８の一次側に接続されている。また、トランス１８の二次側には加熱コイル３が接続されている。交流電源２側から供給された高周波電力は、トランス１８で変流される。そして、加熱コイル３には変流された高周波電流が供給される。

図１及び図３（ａ）に示す様に、加熱コイル３は、第１加熱導体５と第２加熱導体６とを有している。第１加熱導体５と第２加熱導体６は、共に銅合金等の良導体で構成された管部材である。すなわち、第１加熱導体５と第２加熱導体６は、内部に空洞を有しており、この空洞には冷却液が循環供給される。冷却液の供給経路の図示は省略する。

図３（ａ）に示す様に、第１加熱導体５は、環状の誘導部５ａと、リード部２３、２４と、トランス１８の二次側の一端に接続される接続部１９と、第２加熱導体６側に接続される第１加熱導体側端子１５とを有する。すなわち、誘導部５ａの一端側には、リード部２３を介して接続部１９が配置されており、誘導部５ａの他端側には、リード部２４を介して第１加熱導体側端子１５が配置されている。第１加熱導体側端子１５は、リード部２４から突出又は起立する端子である。なお、図３（ａ）では、リード部２４の長さは、紙面の都合上、実際よりも短く描写している。

第２加熱導体６は、環状の誘導部６ａと、リード部２１、２２と、トランス１８の二次側の他端に接続される接続部２０と、第１モード側端子８と、第２モード側端子９とを有する。誘導部６ａの一端側にはリード部２１を介して接続部２０が配置されている。また、リード部２１には、第１モード側端子８が配置されている。第１モード側端子８は、リード部２１から突出又は起立する端子である。さらに、誘導部６ａの他端側には、リード部２２を介して第２モード側端子９が配置されている。第２モード側端子９は、リード部２２から突出又は起立する端子である。なお、図３（ａ）では、リード部２２の長さは、紙面の都合上、実際よりも短く描写している。また、リード部２１における第１モード側端子８は、紙面の都合上、誘導部６ａに近い部位に描写しているが、実際には誘導部６ａからさらに離れた位置に設けられている。

図１に示す様に、第１加熱導体側端子１５にはレバー１０が揺動可能に設けられている。第１加熱導体５の第１加熱導体側端子１５と、第２加熱導体６の第１モード側端子８及び第２モード側端子９と、レバー１０とで切換装置７（切換手段）が構成されている。切換装置７の動作は、図示しない制御装置によって制御されており、レバー１０が第１モード側端子８と第２モード側端子９のいずれかに選択的に切り換えられる。レバー１０は、固定部３６と、回動部３７とを有する。固定子３６は、第１加熱導体側端子１５に固定されている。回動部３７は、固定部３６の周囲に装着され、固定部３６を中心に回動することができる。

移動装置４（相対移動手段）は、図２（ａ）に示す様に、ボールネジ１２、ナット部材１３、サーボモータ１４で構成されている。サーボモータ１４で回転駆動されるボールネジ１２にナット部材１３が螺合している。サーボモータ１４の動作は、図示しない制御装置によって制御される。移動装置４のボールネジ１２は、図示しない支持部材によって水平姿勢となるように支持されている。

ナット部材１３には、加熱コイル３が装着されている。また、ナット部材１３には、図示しない冷却ジャケットが装着されている。すなわち、加熱コイル３と図示しない冷却ジャケットは、ナット部材１３と一体にボールネジ１２に沿って往復移動が可能である。

また、移動焼入装置１は、長尺状ワークＷ１を支持する支持機構を有している。支持機構は、チャック２５、センタピン２６、駆動モータ２７を有する。長尺状ワークＷ１の一端は、チャック２５で把持され、長尺状ワークＷ１の他端側の端面には、図示しない凹部が設けられている。図示しない凹部にはセンタピン２６が係合する。駆動モータ２７は、チャック２５側に設けられている。長尺状ワークＷ１の両端が、チャック２５とセンタピン２６とで回転可能に両端支持されると、駆動モータ２７の回転中心と、長尺状ワークＷ１の軸心Ｃが一致する。そのため、駆動モータ２７を駆動すると、長尺状ワークＷ１は、軸心Ｃを中心に回転駆動される。

さらに、移動焼入装置１は、図示しない制御装置を備えている。制御装置は、支持機構の駆動モータ２７、移動装置４のサーボモータ１４、交流電源２、切換装置７等を制御する。すなわち、制御装置によって移動装置４のサーボモータ１４が制御されることによって、ワークＷ１に対する加熱コイル３の移動が制御され、また、制御装置によって支持機構の駆動モータ２７が制御されることによって、ワークＷ１の回転が制御され、さらに、制御装置によって交流電源２が制御されることによって、加熱コイル３への高周波電流の供給が制御される。加えて、切換装置７が制御装置で制御され、図１に示すレバー１０が第２加熱導体６の第１モード側端子８と第２モード側端子９のいずれかに切り換えられる。レバー１０の切り換えは、交流電源２がＯＦＦの状態で実施する。

また、図示しない制御装置は、タイマを有している。そのため、制御装置は、複数の制御を正確な時間差を置いて実施することができる。例えば、図示しないタイマは、制御装置が交流電源２をＯＮにして加熱コイル３に高周波電流を供給し、ワークＷ１の誘導加熱を開始してから所定時間が経過するのを計測することができる。

加熱コイル３への高周波電流の供給が開始されてから経過する時間と、ワークＷ１における第１加熱導体５によって高周波誘導電流が励起される部位の温度には相関関係がある。そして、ワークＷ１における誘導加熱されている部位が焼入れ温度に達するまでの時間は、予め行われた実験によって既知であり、この時間は、図示しない制御装置のメモリに記憶されている。

次に、移動焼入装置１でワークＷ１を焼入れする手順を説明する。
図２（ａ）に示す様に、ワークＷ１はフランジ部２８と外周面２９を有している。フランジ部２８は、ワークＷ１の外周面２９と連続する段部２８ａを形成している。外周面２９と段部２８ａには、Ｒ部２８ｂが形成されており、このＲ部２８ｂも焼入れ対象部位である。ワークＷ１の誘導加熱の対象部位は、段部２８ａ、及び段部２８ａと連続する外周面２９である。すなわち、図７（ａ）に示す段部２８ａと、第１領域３１、第２領域３２、第３領域３３が、誘導加熱領域である。第１領域３１は、二点鎖線で示す上流側部位１１ａと中央部位１１ｂの間の領域であり、段部２８ａを含む部位である。第２領域３２は、中央部位１１ｂと下流側部位１１ｃの間の領域である。第３領域３３は、下流側部位１１ｃよりも下流側（図７（ａ）で見て右側）の領域である。

支持機構（チャック２５、センタピン２６）でワークＷ１の両端を支持し、図２（ａ）及び図７（ａ）に示す様に、加熱コイル３を誘導加熱開始位置に配置する。すなわち、加熱コイル３の第１加熱導体５の誘導部５ａが、ワークＷ１のフランジ部２８の段部２８ａに近接対向するように配置される。第１加熱導体５の誘導部５ａ及び第２加熱導体６の誘導部６ａの環の中心は、ワークＷ１の軸心Ｃと一致している。

図４、図７（ａ）に示すワークＷ１の第１領域３１は、誘導加熱開始時に、加熱コイル３の第１加熱導体５の誘導部５ａと近接する領域であり、ワークＷ１の外周面２９から段部２８ａにかけて拡がる領域であり、第１加熱導体５に高周波電流が通電された際に誘導加熱の影響を受ける領域である。第１加熱導体５（誘導部５ａ）は、横断面が四角形であり、隣接する２辺が同時に段部２８ａと外周面２９に近接対向している。

ワークＷ１の第２領域３２は、誘導加熱開始時に、加熱コイル３の第２加熱導体６の誘導部６ａと近接する領域であり、第２加熱導体６に高周波電流が通電された際に誘導加熱の影響を受ける領域である。第２加熱導体６も第１加熱導体５と同様に横断面が四角形であり、１辺がワークＷ１の外周面２９に近接対向している。

図示しない制御装置は、交流電源がＯＦＦの状態で切換装置７のレバー１０を図３（ａ）に示す様に第１モード側端子８に切換え、さらに支持機構の駆動モータ２７を駆動し、その後、交流電源をＯＮにする。このとき、加熱コイル３の第１加熱導体５（誘導部５ａ）と第２加熱導体６（誘導部６ａ）は、ワークＷ１に対して軸心Ｃに沿う方向へ移動せず、図４に示す位置（誘導加熱開始位置）で停止している。そして、交流電源２から供給された高周波電流は、図３（ａ）に示す様に、第１加熱導体５のみに流れる。その結果、図７（ａ）に示すワークＷ１の第１領域３１のみ誘導加熱が開始されて昇温する。

領域３１が所定温度（焼入れ温度）に達すると、図示しない制御装置は、移動装置４のサーボモータ１４を駆動させ、加熱コイル３を段部２８ａから遠ざかる方向（右方）へ移動させる。すなわち、図示しないタイマによって計測された時間が、所定時間に達すると、制御装置は、領域３１が所定温度（焼入れ温度）に達したと見なし、加熱コイル３を移動させる。

また、図示しない制御装置は、交流電源がＯＦＦの状態で切換装置７のレバー１０を図３（ｂ）に示す様に第２モード側端子９に切り換える。そのため、交流電源をＯＮ状態にすると、交流電源２から供給される高周波電流は、第１加熱導体５と第２加熱導体６に流れる。図３（ｂ）では、ある一瞬における高周波電流の流れの方向を矢印で示している。その結果、ワークＷ１の外周面２９における第２領域３２の誘導加熱が開始される。第２領域３２が十分に昇温しないうちに、第２加熱導体６が第２領域３２から離れるが、図５に示す様に、続いて第１加熱導体５が第２領域３２に近接対向し、第２領域３２は第１加熱導体５によって誘導加熱され、第２領域３２は焼入れ温度まで昇温する。

第１加熱導体５が第２領域３２を誘導加熱しているとき、第２加熱導体６は、第３領域３３を誘導加熱している。そのため、第２領域３２が焼入れ温度に達したときに、第３領域３３における第２加熱導体６（誘導部６ａ）が対向する部位はある程度の温度まで昇温している。そして、さらに当該部位は移動してきた第１加熱導体５（誘導部５ａ）によって引き続き誘導加熱されて焼入れ温度まで昇温する。

このように、ワークＷ１の段部２８ａ及び外周面２９は、左方から右方へ順に焼入れ温度に達し、さらに図示しない冷却液噴射装置から噴射される冷却液によって急冷され、ワークＷ１は、左方から右方へ順に焼入れされる。図６は、誘導部５ａ、６ａが、ワークＷ１の右端に接近した状態を示している。また、図６において、右上から左下に傾斜するハッチングと、左上から右下に傾斜するハッチングで示す部分は、焼入れされた領域を示す。図６において、ワークＷ１における誘導部６ａが対向する領域３４は、右上から左下へ傾斜するハッチングで示されている。図６において領域３４は、未だ焼入れ温度には達しておらず、その右側の領域３５は、ほとんど昇温していない領域である。加熱コイル３は、速やかにワークＷ１の右方へ移動し、領域３４は、誘導部６ａに続いて誘導部５ａによって誘導加熱されて焼入れ温度まで昇温し、同様に領域３５も焼入れ温度まで昇温する。

外周面２９における第２領域３２よりも下流側（右側）の部分は、第２加熱導体６（誘導部６ａ）で誘導加熱されてある程度昇温した状態で、さらに第１加熱導体５（誘導部５ａ）で誘導加熱されるので、加熱される機会が２回ある。そのため、移動焼入装置１の加熱コイル３は、従来の移動焼入装置の加熱コイルよりも速く移動させることができ、ワークＷ１の焼入れを速やかに完了することができる。

すなわち、第２加熱導体６は、ワークＷ１の第２領域３２から第３領域３３側へ移動し、第３領域３３を誘導加熱しながらワークＷ１に沿って右方へ移動する。また、第１加熱導体５は、第２加熱導体６に追従して移動し、第２加熱導体６が誘導加熱した外周面２９を、第２加熱導体６よりも遅れたタイミングで誘導加熱する。その結果、第３領域３３における外周面２９は、良好に誘導加熱されて焼入れ温度まで昇温する。なお、図示しない冷却液噴射装置が、第１加熱導体５に追従して移動し、加熱コイル３が誘導加熱して焼入れ温度まで昇温した部位に順次冷却液を噴射供給し、当該部位を急冷する。

そして、図７（ｂ）に示す様に、第３領域３３の焼入れが完了すると、当該ワークＷ１の移動焼入れは完了する。ワークＷ１の焼入れ対象部位（領域３１〜３３）は、略均一に焼入れされ、焼入れ深さが略均一の焼入れパターン３０が形成される。すなわち、移動焼入装置１は、ワークＷ１の移動焼入れを速やかに完了することができると共に、焼入れ対象部位（領域３１〜３３）の焼入れパターン３０（焼入れ深さ）の均一化を図ることができる。

第１加熱導体５の誘導部５ａがワークＷ１の外周面２９の第３領域３３を通過すると、図示しない制御装置は、駆動モータ２７を停止させ、ワークＷ１の回転を停止させる。また、制御装置は、交流電源をＯＦＦにすると共に、切換装置７のレバー１０を第１モード側端子８へ切り換える。さらに制御装置は、移動装置４のサーボモータ１４を駆動し、加熱コイル３を図７（ｂ）に示す位置から図７（ａ）に示す位置まで移動させる。

また、別のワークが支持機構（チャック２５、センタピン２６）に装着されると、制御装置は、上記の制御を繰り返す。

図２、図７では、外周面２９にフランジ部２８を有するワークＷ１を焼入れする場合を示したが、移動焼入装置１は、フランジ部がない長尺状のワークであってもワークＷ１と同様に速やかな焼入れと、焼入れパターン（焼入れ深さ）の均一化とを両立させて実施することができる。

１ 移動焼入装置
２ 交流電源
３ 加熱コイル
４ 移動装置（相対移動手段）
５ 第１加熱導体
６ 第２加熱導体
７ 切換装置（切換手段）
８ 第１モード側端子
９ 第２モード側端子
Ｃ 長尺状ワークの軸線
Ｗ１ 長尺状ワーク

Claims (2)

1. 長尺状ワークの移動焼入装置であって、
   交流電源と、加熱コイルと、相対移動手段とを有し、
   前記相対移動手段は、加熱コイルと長尺状ワークとを、長尺状ワークの軸線に沿って相対移動させるものであり、
   前記加熱コイルは、第１加熱導体と第２加熱導体とを有しており、
   前記第１加熱導体と第２加熱導体は、各々前記長尺状ワークと対向配置可能であり、
   相対移動手段によって加熱コイルと長尺状ワークが相対移動すると、第１加熱導体は、長尺状ワークにおける第２加熱導体が対向している部位又は領域に対して第２加熱導体よりも遅れて対向し、
   前記交流電源は、前記加熱コイルに電力を供給するものであり、
   前記交流電源の電力を、第１加熱導体だけに供給する第１モードと、第１加熱導体と第２加熱導体に供給する第２モードのいずれかに切り換える切換手段を有する
   ことを特徴とする長尺状ワークの移動焼入装置。
2. 長尺状ワークの移動焼入方法であって、
   第１加熱導体と第２加熱導体とを有する加熱コイルを前記長尺状ワークに対向配置し、
   前記第１加熱導体に通電して、長尺状ワークにおける第１加熱導体に対向する部位又は領域の誘導加熱を開始し、
   当該誘導加熱部位又は領域が所定温度まで昇温すると、加熱コイルの第２加熱導体にも通電して長尺状ワークにおける第２加熱導体に対向する部位又は領域の誘導加熱を開始し、且つ、
   加熱コイルと長尺状ワークとを長尺状ワークの軸線方向に相対移動させて、長尺状ワークにおける第２加熱導体で誘導加熱した部位又は領域に第１加熱導体を対向させて誘導加熱することを特徴とする長尺状ワークの移動焼入方法。

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