JP2020027732A - Heating coil for heating for high frequency induction heating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波焼入時等に使用される高周波誘導加熱用の加熱コイルに関するものである。 The present invention relates to a heating coil for high-frequency induction heating used at the time of induction hardening or the like.
周知のように、鉄鋼材料からなるワーク(熱処理対象物)は、高周波焼入することによって、耐摩耗性等の耐久性を向上させることができる。
ここで、ワークを高周波誘導加熱するためには、高周波電流が通電された加熱コイルをワークの表面に近接させなければならない。そのため、加熱コイルはワークの表面に沿う形状を呈している必要がある。
As is well known, a workpiece (a heat treatment target) made of a steel material can be improved in durability such as abrasion resistance by induction hardening.
Here, in order to perform high-frequency induction heating of a work, a heating coil to which a high-frequency current has been applied must be brought close to the surface of the work. Therefore, the heating coil needs to have a shape along the surface of the work.
例えば、ワークとしてクランクシャフトを高周波焼入する場合、クランクシャフトは構造が複雑であるため、従来は、クランクシャフトの各部の形状に対応した個々に異なる形状の複数の加熱コイルを、順にクランクシャフトの各部に近接させ、クランクシャフトの各部を順に高周波誘導加熱し、さらに、急冷して高周波焼入を実施していた。すなわち、クランクシャフト全体を同時に高周波焼入せず、例えば、ピン部と、当該ピン部と連続したスラスト受け部を別々に高周波焼入していた。 For example, when a crankshaft is induction hardened as a workpiece, the structure of the crankshaft is complicated.Therefore, conventionally, a plurality of heating coils having individually different shapes corresponding to the shape of each part of the crankshaft are sequentially formed on the crankshaft. Each part of the crankshaft was sequentially heated by high frequency induction heating, and then rapidly cooled to perform induction hardening. That is, the whole crankshaft is not induction hardened at the same time, but, for example, the pin portion and the thrust receiving portion continuous with the pin portion are separately induction hardened.
ところが、ピン部とスラスト受け部を別々に高周波焼入すると、ピン部の焼入硬化層とスラスト受け部の焼入硬化層が不連続になる。焼入硬化層が不連続であると強度的に不利である。そこで、焼入硬化層を連続させるために、ピン部とスラスト受け部を同時に高周波焼入するための高周波誘導加熱コイルが発明され、このような高周波誘導加熱コイルが例えば特許文献1に開示されている。
However, when the pin portion and the thrust receiving portion are separately induction hardened, the quenched hardened layer of the pin portion and the quenched hardened layer of the thrust receiving portion become discontinuous. If the quench hardened layer is discontinuous, it is disadvantageous in strength. Then, in order to make the quench hardened layer continuous, a high frequency induction heating coil for simultaneously induction hardening the pin portion and the thrust receiving portion has been invented. Such a high frequency induction heating coil is disclosed in, for example,
特許文献1に開示されている高周波誘導加熱コイルは、ピン部に対向する部位と、スラスト受け部に対向する部位とを有する。当該高周波誘導加熱コイルに高周波電流を通電すると、ピン部とスラスト受け部に同時に高周波誘導電流が励起され、ピン部とスラスト受け部は同時に高周波誘導加熱され、さらに急冷することによって同時に高周波焼入される。
The high-frequency induction heating coil disclosed in
ところで、特許文献1に開示されている高周波誘導加熱コイルでは、ピン部とスラスト受け部を同時に高周波誘導加熱することができるものの、ピン部とスラスト受け部に生じる焼入硬化層の深さが不均一なものとなる。
Incidentally, in the high-frequency induction heating coil disclosed in
特許文献1には、高周波誘導加熱コイルの全体構造が開示されていないため、本発明者が作成した図8、図9を参照しながら高周波誘導加熱コイルの全体構造を説明する。図8は、特許文献1の図1から推測して作成した高周波誘導加熱コイルのモデル図である。また、図9は、図8のC−C断面図である。
図8、図9に示すように、高周波誘導加熱コイル71は、クランクシャフト80のスラスト受け部81と軸部82(ピン部)に近接対向する近接対向部72を有している。また、高周波誘導加熱コイル71は、図示しない高周波電源側と接続されるリード部73、74を有している。高周波誘導加熱コイル71は一連の導体で構成されており、リード部73、74の間に近接対向部72が設けられている。すなわち、近接対向部72には、リード部73、74を介して高周波電流を通電することができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, the high-frequency
近接対向部72は、断面が四角形を呈しており、スラスト受け部81と対向する第1加熱面75と、軸部82(ピン部)と対向する第2加熱面76と、コア77(磁性体)で覆われたその他の2面を有している。
The
図9に示すように、クランクシャフト80は、回転軸線83と中心が一致したジャーナル部84、85を有し、図示しない回転駆動装置によってクランクシャフト80は、回転駆動される。そして、高周波誘導加熱コイル71(図8)は、回転軸線83周りに公転移動する軸部82に追従し、軸部82の全周面に対して順に近接対向し、軸部82の全周面とスラスト受け部81が同時に高周波誘導加熱される。そして、軸部82とスラスト受け部81が同時に高周波焼入される。
As shown in FIG. 9, the
図9に示すように、近接対向部72がスラスト受け部81、軸部82に近接対向することにより、スラスト受け部81と軸部82は同時に高周波誘導加熱され、スラスト受け部81と軸部82には連続した焼入硬化層86(左上から右下に傾斜したハッチングを施した領域)が形成される。
As shown in FIG. 9, the
図9に示すように、焼入硬化層86は、スラスト受け部81の領域部分では略均一であるが、軸部82の領域部分では不均一になっている。すなわち、焼入硬化層86は、第2加熱面76が対向した部位で部分的に深くなっている。
そのため、クランクシャフト80の強度は、不均一である。
As shown in FIG. 9, the quench hardened
Therefore, the strength of the
そこで、本件出願人は、軸部82の誘導加熱量を減じることにより、軸部82の焼入硬化層86を、スラスト受け部81の焼入硬化層86と同等になるように改善を試みた。すなわち、第2加熱面76の一部を遮蔽することにより、軸部82の誘導加熱量を減じてみた。
Therefore, the present applicant has tried to improve the quench hardened
図10は、図8と同じ高周波誘導加熱コイル71の斜視図であり、図11は、図10のD−D断面図である。図10、図11に示す高周波誘導加熱コイル71の近接対向部72には、図8、図9のコア77の代わりにコア78が取り付けられている。図11に示すように、コア78は、第2加熱面76の一部を覆う延長部78aを有する。
FIG. 10 is a perspective view of the same high-frequency
図11に示すように、コア78の延長部78aによって、軸部82の焼入硬化層87は浅くなったが、今度は、軸部82の軸線方向(図11で見て左右方向)の中央部分に焼入硬化層87がほとんど形成されなくなった。さらに、スラスト受け部81の焼入硬化層87が、図9に示すスラスト受け部81の焼入硬化層86よりも深く形成されてしまい、コア78に延長部78aを設けることによって、逆に焼入硬化層87は改悪されてしまった。
As shown in FIG. 11, the quenching hardened
すなわち、単に、第2加熱面76の一部を延長部78aで覆っただけでは、焼入硬化層を改善することはできず、スラスト受け部81から軸部82にかけて、同等の深さの略一様な連続した焼入硬化層を形成するのは困難である。
That is, simply covering a part of the
そこで、本発明は、大径部と小径部を有し、大径部と小径部の間に段部を有する熱処理対象物における、段部と小径部に同等の深さの略一様な連続した焼入硬化層を形成することができる高周波誘導加熱用の加熱コイルを提供することを課題としている。 Accordingly, the present invention provides a heat treatment object having a large-diameter portion and a small-diameter portion, and a step portion between the large-diameter portion and the small-diameter portion, and a substantially uniform continuous shape having a depth equivalent to the step portion and the small-diameter portion. It is an object of the present invention to provide a heating coil for high-frequency induction heating capable of forming a quenched and hardened layer.
上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、大径部と小径部を有し、当該大径部と小径部の間に段部を有する熱処理対象物における、前記段部と小径部に高周波誘導電流を励起させる高周波誘導加熱用の加熱コイルであって、前記段部と小径部に近接対向する近接対向部を有し、前記近接対向部は、段部に対向する段部側対向部と、小径部に対向する小径部側対向部を有し、前記段部側対向部と小径部側対向部は連続しており、前記近接対向部には磁性体が設けられており、前記段部側対向部は、磁性体で覆われておらず、前記小径部側対向部における段部側対向部と連続する側の部位が、磁性体よりも熱処理対象物の小径部が配置される側に突出した突出部を構成していることを特徴とする高周波誘導加熱用の加熱コイルである。
The invention according to
請求項1に記載の発明では、加熱コイルは、熱処理対象物の段部と小径部に近接対向する近接対向部を有し、近接対向部は、段部に対向する段部側対向部と、小径部に対向する小径部側対向部を有し、段部側対向部と小径部側対向部は連続している。そのため、熱処理対象物の段部から小径部にかけて誘導加熱が可能である。すなわち、段部から小径部に至るまで、同時に高周波誘導加熱することができる。そして、高周波誘導加熱後、加熱部位を急冷すると、段部から小径部にかけて連続した焼入硬化層を得ることができる。
ここで、小径部における段部に近い部位の熱容量は比較的大きく、小径部における段部から離れた部分の熱容量は比較的小さい。
本発明の加熱コイルを使用すると、この熱容量が相違する段部と小径部に略一様な同等深さの連続した焼入硬化層を形成することができる。
近接対向部には磁性体が設けられており、段部側対向部は、磁性体で覆われておらず、小径部側対向部における段部側対向部と連続する側の部位が、磁性体よりも熱処理対象物の小径部が配置される側に突出した突出部を構成している。これにより、近接対向部に高周波電流が通電された際に生じる磁気(磁力線)が、小径部側に適度に拡がる。
具体的には、小径部側対向部における磁性体で覆われた部位からは磁気が放出されないため、対向する小径部に磁気が最短距離で直接届かない。
また、突出部から放出された磁気は、磁性体に遮蔽されることなく小径部における段部から離れた熱容量が小さい領域に拡がる。すなわち、小径部における熱容量が比較的小さい領域に届く磁気は、比較的弱い。
そのため、小径部における熱容量の比較的小さい領域には、比較的小さい高周波誘導電流が励起され、当該領域は誘導加熱される。よって、小径部における熱容量の小さい領域に励起される高周波誘導電流は抑制され、当該熱容量の小さい領域が過熱状態になることはない。
これにより、高周波焼入時に、小径部には略一様な同等深さの焼入硬化層が形成される。
また、小径部側対向部の突出部は、熱処理対象物の小径部における段部に近い部位に近接している。そのため、小径部における熱容量が比較的大きい部位に対して、突出部から放出された磁気はほとんど拡散することなく到達する。その結果、小径部における熱容量が比較的大きい段部付近の部位が良好に高周波誘導加熱されて昇温する。
そして、本発明によると、熱処理対象物を、段部から小径部にかけて、略一様に高周波誘導加熱し、その結果、高周波焼入によって段部から小径部にかけて、略均一な深さの焼入硬化層を形成することが可能である。
According to the first aspect of the invention, the heating coil has a proximity opposing portion that opposes the step portion and the small-diameter portion of the heat treatment target, and the proximity opposition portion has a step-side opposing portion that opposes the step portion; The small diameter portion has a small diameter portion facing portion facing the small diameter portion, and the step portion side facing portion and the small diameter portion side facing portion are continuous. Therefore, induction heating is possible from the step portion to the small diameter portion of the object to be heat-treated. That is, high-frequency induction heating can be performed simultaneously from the step portion to the small diameter portion. Then, after the high-frequency induction heating, when the heated portion is rapidly cooled, a continuous hardened hardened layer can be obtained from the step portion to the small diameter portion.
Here, the heat capacity of the small-diameter portion near the step is relatively large, and the heat capacity of the small-diameter portion remote from the step is relatively small.
When the heating coil of the present invention is used, it is possible to form a continuous quench hardened layer having substantially the same depth at the step portion and the small diameter portion having different heat capacities.
A magnetic body is provided in the proximity opposing portion, and the step side opposing portion is not covered with the magnetic material, and a portion of the small diameter portion side opposing portion that is continuous with the step side opposing portion is a magnetic material. It forms a protruding portion that protrudes to the side where the small diameter portion of the heat treatment target is arranged. Thereby, the magnetism (lines of magnetic force) generated when the high-frequency current is applied to the close opposing portion spreads appropriately to the small diameter portion side.
Specifically, since magnetism is not emitted from the portion covered with the magnetic material in the small-diameter portion-side facing portion, the magnetism does not directly reach the opposed small-diameter portion at the shortest distance.
Further, the magnetism emitted from the protruding portion spreads to a region having a small heat capacity away from the step portion in the small diameter portion without being shielded by the magnetic body. That is, the magnetism that reaches the region where the heat capacity in the small diameter portion is relatively small is relatively weak.
Therefore, a relatively small high-frequency induction current is excited in a region having a relatively small heat capacity in the small-diameter portion, and the region is induction-heated. Therefore, the high-frequency induced current excited in the small-diameter portion in the small heat capacity region is suppressed, and the small heat capacity region is not overheated.
Thereby, at the time of induction hardening, a quench hardened layer having a substantially uniform and equal depth is formed in the small diameter portion.
Further, the protruding portion of the small-diameter portion-side facing portion is close to a portion near the step in the small-diameter portion of the heat treatment target. Therefore, the magnetism emitted from the protruding portion reaches the portion having a relatively large heat capacity in the small-diameter portion without diffusing. As a result, the portion near the step portion having a relatively large heat capacity in the small-diameter portion is satisfactorily subjected to the high-frequency induction heating to increase the temperature.
According to the present invention, the object to be heat treated is subjected to high-frequency induction heating substantially uniformly from the step portion to the small-diameter portion. It is possible to form a hardened layer.
請求項2に記載の発明は、磁性体は、複数又は多数の薄板片が積層して構成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の高周波誘導加熱用の加熱コイルである。
The invention according to
請求項2に記載の発明では、磁性体は、複数又は多数の薄板片が積層して構成されたものであるので、熱処理対象物の大きさや熱容量の大きさに応じて薄板片の数を変更し、磁性体の積層長さを調整することができる。すなわち、段部と小径部に励起される高周波誘導電流を増減調整することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the magnetic body is formed by laminating a plurality of or a large number of thin plate pieces, the number of the thin plate pieces is changed according to the size of the heat treatment target or the size of the heat capacity. In addition, it is possible to adjust the lamination length of the magnetic body. That is, it is possible to increase or decrease the high-frequency induced current excited in the step portion and the small diameter portion.
前記熱処理対象物はクランクシャフトであり、前記段部はスラスト受け部であり、前記小径部はピン部又はジャーナル部であってもよい(請求項3)。 The object to be heat-treated may be a crankshaft, the step portion may be a thrust receiving portion, and the small diameter portion may be a pin portion or a journal portion.
本発明の高周波誘導加熱用の加熱コイルは、クランクシャフトの軸部(ピン部又はジャーナル部)とスラスト受け部のような、段部と小径部とが連続した熱処理対象物の当該段部と小径部を、略一様で同等深さの連続した焼入硬化層が形成されるように高周波誘導加熱することができる。 The heating coil for high-frequency induction heating according to the present invention includes a step portion and a small diameter portion of a heat treatment object in which a step portion and a small diameter portion such as a shaft portion (a pin portion or a journal portion) of a crankshaft and a thrust receiving portion are continuous. The portion can be high frequency induction heated so that a continuous hardened layer of substantially uniform and equal depth is formed.
以下、図面を参照しながら説明する。
熱処理対象物であるクランクシャフトWは、図2に示すようにピン部90(小径部)、ジャーナル部94、大径部91a、91bを有する。また、クランクシャフトWは中心線95を有する。ジャーナル部94の中心は、中心線95と一致しており、ピン部90の中心は中心線95から離間している。ジャーナル部94とピン部90は、大径部91(91b)を介して接続されている。大径部91は、アーム部やカウンタウェイト部とも称し、スラスト受け部93(段部)を有する。ピン部90又はジャーナル部94と、スラスト受け部93は、境界部92(フィレット)を介して連続している。クランクシャフトWは、中心線95を中心に回転駆動される。
This will be described below with reference to the drawings.
The crankshaft W to be heat-treated has a pin portion 90 (small diameter portion), a
図1に示す本実施形態に係る高周波誘導加熱用の加熱コイル1は、いわゆる半開放型の加熱コイルであり、銅又は銅合金等の電気導通性に優れた素材からなる一続きの良導体で構成されている。半開放型とは、中心角が180度以下の湾曲した部位を有し、加熱コイルが、熱処理対象物に対して熱処理対象物の熱処理時の回転軸と直交する方向から接近して近接対向することができると共に、熱処理対象物から回転軸と直交する方向に離間することができる形状を意味している。また、加熱コイル1を構成する一続きの良導体は中空であり、内部には冷却液を循環供給することができる。
The
図1に示すように加熱コイル1は、近接対向部2a、2b、3a、3b、接続部4a、4b、迂回部5、リード部6、7を有する。加熱コイル1は、リード部6、近接対向部2b、接続部4a、近接対向部2a、迂回部5、近接対向部3a、接続部4b、近接対向部3b、リード部7が、この順で直列に接続されて、半開放型の構造を呈している。また、加熱コイル1の両端部分を構成するリード部6、7の自由端側(図1で見て上端側)には、図示しない高周波電源が接続されている。
As shown in FIG. 1, the
近接対向部2a、3bは同じ構造であり、近接対向部2b、3aも同じ構造である。また、近接対向部2a、3bと、近接対向部2b、3aは、左右対称形の構造である。そのため、ここでは近接対向部2aを代表的に説明し、近接対向部2b、3a、3bの重複する説明は省略する。
The
近接対向部2aは、中心角が略90度程度に湾曲した構造を呈している。近接対向部2aの一端は、直線状の接続部4aの一端に接続されており、他端は迂回部5の一端に接続されている。
The
図2(b)、図3に示すように、近接対向部2aの横断面は四つの辺を有する菱形である。四つの辺のうちの一辺は、段部側対向部9を構成しており、別の一辺は、小径部側対向部10を構成している。段部側対向部9と小径部側対向部10は鋭角を成して連続しており、この両対向部9、10が連続した鋭角を構成する部位は、詳しくは後述する突出部11を構成している。
As shown in FIGS. 2B and 3, the cross section of the
また、近接対向部2aには、ケイ素鋼等の磁性体素材で構成されたコア8aが装着されている。コア8aは、近接対向部2aにおける段部側対向部9と小径部側対向部10の突出部11を除く部位を覆っている。すなわち、近接対向部2aの横断面の周囲の全領域がコア8aで覆われているのではなく、近接対向部2aの菱形を形成する四辺のうちの段部側対向部9と小径部側対向部10以外の二辺と、小径部側対向部10の一部がコア8aで覆われている。そして、小径部側対向部10におけるコア8aで覆われていない部位は突出部11を構成している。
A
コア8aは、湾曲した近接対向部2aに沿って取り付けられている。すなわち、コア8aは、湾曲している。ここで、コア8aは、一体物として構成(一体成形)してもよいが、図4に示すように、複数又は多数の薄板片15を積層させて構成するのが好ましい。
The
薄板片15を積層させてコア8aを構成すると、図4に示すコア8aの全長Fを任意に設定することが可能になる。すなわち、クランクシャフトWのスラスト受け部93とピン部90の加熱状態(後述の焼入硬化層)が最適な状態となるように、磁性体であるコア8aの大きさを容易に変更することができる。
When the
図5(a)に示すように、近接対向部2aは菱形の横断面を有している。また、薄板片15は、長方形の外形を有している。薄板片15は、近接対向部2aを収容する切欠部15aを備えている。切欠部15aは略コの字形を呈している。切欠部15aを近接対向部2aの外面に係合させることによって、近接対向部2aに薄板片15を取り付けることができる。薄板片15は薄いため、近接対向部2aに装着し易い。よって、個々の薄板片15を近接対向部2aに順に装着することにより、近接対向部2aにコア8aを取り付けることができる。
As shown in FIG. 5A, the
図5(b)に示すように、薄板片15の切欠部15aに近接対向部2aを嵌め込むと、菱形断面の近接対向部2aの四辺のうちの二辺の大半が切欠部15aに収容され、薄板片15(コア8a)に覆われる。また、小径部側対向部10の大部分が薄板片15(コア8a)によって覆われている。切欠部15a内には、近接対向部2aの外面がちょうど嵌まり込んでいる。すなわち、切欠部15aと近接対向部2aの間には、ほとんど隙間がない。また、近接対向部2aの段部側対向部9と、小径部側対向部10の一部が薄板片15から露出している。すなわち、段部側対向部9と小径部側対向部10の一部が薄板片15によって覆われていない。
As shown in FIG. 5B, when the
小径部側対向部10の一部とは、小径部側対向部10における段部側対向部9と連続した側の部位であり、この部位は突出部11を構成している。図5(b)に示すように、突出部11は、薄板片15(コア8a)よりもクランクシャフトWのピン部90側(小径部側)へ突出している。
A part of the small-diameter
近接対向部2b、3a、3b(図1)も近接対向部2aと同様の構造を有しており、それぞれ薄板片15からなるコア8b、18a、18b(コア18bは図示せず)が取り付けられている。
The
図1に示すように、近接対向部2aと近接対向部3aは、同一の仮想平面内に配置されている。また、近接対向部2aと近接対向部3aは、同一の仮想円周上に配置されており、それぞれ中心角が90度程度の円弧形状を呈している。すなわち、近接対向部2aと近接対向部3aは、同一円周上の略180度の範囲を占めている。
As shown in FIG. 1, the
さらに、近接対向部2a、3aは迂回部5で接続されており、迂回部5によって近接対向部2aと近接対向部3aの間の導通が確保されている。また、迂回部5は、近接対向部2aと近接対向部3aが配置された仮想円よりも外周側へ退避しており、近接対向部2aと近接対向部3aが配置された円周上における、近接対向部2aと近接対向部3aの間には空間が形成されている。この空間には、中央スペーサ12a(図1)が配置されている。同様に、近接対向部2bと近接対向部3bの間に形成された空間には中央スペーサ12b(図示せず)が配置されている。
Further, the
近接対向部2bと近接対向部3bも、近接対向部2a及び近接対向部3aとは異なる同一の仮想平面内に配置されている。そして、近接対向部2a、2bが接続部4aで接続されており、近接対向部3a、3bが接続部4bで接続されている。
The
接続部4a、4bの一端は、同一の仮想円周上の近接対向部2a、3aの互いに最も離れた180度の位置に配置されている。また、接続部4a、4bの他端は、同一の別の仮想円周上の近接対向部2b、3bの互いに最も離れた180度の位置に配置されている。二つの仮想円同士は平行に対向する位置関係にある。
One ends of the
近接対向部2aと接続部4aが交差する部位付近には、右側スペーサ14aが配置されている。また、近接対向部2bと接続部4aが交差する部位付近には、右側スペーサ14bが配置されている。
A
同様に、近接対向部3aと接続部4bが交差する部位付近には、左側スペーサ13aが配置されている。また、近接対向部3b(図示せず)と接続部4bが交差する部位付近には、左側スペーサ13bが配置されている。
Similarly, a
加熱コイル1と、中央スペーサ12a、12b、左側スペーサ13a、13b、右側スペーサ14a、14bは、絶縁体である板部材で構成された側板(図示せず)に固定されている。中央スペーサ12a、左側スペーサ13a、右側スペーサ14aは、近接対向部2a、3aよりも内側(クランクシャフトWのピン部90が配置される側)に突出している。すなわち、各スペーサ12a、13a、14aの先端は、近接対向部2a、3aが配置された円周よりも内周側に突出している。
The
同様に、中央スペーサ12b、左側スペーサ13b、右側スペーサ14bは、近接対向部2b、3bよりも内側に突出している。すなわち、各スペーサ12b、13b、14bの先端部は、近接対向部2b、3bが配置された円周よりも内周側に突出している。
Similarly, the center spacer 12b, the
また、中央スペーサ12a、左側スペーサ13a、右側スペーサ14aの先端部は、近接対向部2a、3aが配置された仮想平面よりも、接続部4a、4bがのびる方向(近接対向部2a、2bの配置方向)にも突出している。
Further, the distal ends of the
次に、加熱コイル1によって、熱処理対象物であるクランクシャフトWのピン部90(小径部)と、スラスト受け部93(段部)を熱処理する場合について説明する。
Next, a case where the
図2(a)に示すクランクシャフトWの大径部91a、91bの間のピン部90(小径部)に加熱コイル1を配置する。加熱コイル1は半開放型であるため、加熱コイル1(近接対向部2a、2b、3a、3b)は、ピン部90に対してピン部90の半径方向から接近することができる。
The
中央スペーサ12a、12b(中央スペーサ12aのみ図1に示す)がピン部90に当接することにより、近接対向部2a、2b、3a、3bからピン部90までの距離が、ピン部90を誘導加熱するのに適した距離に設定される。また、ピン部90の直径(外径)は、左側スペーサ13a(13b)と右側スペーサ14a(14b)の先端部同士の距離よりも若干小さい。そのため、ピン部90は、左側スペーサ13a(13b)と右側スペーサ14a(14b)の間で若干揺動することができ、ピン部90は左右いずれか一方のスペーサに当接している。この若干の揺動は、ピン部90の誘導加熱にはほとんど影響しない。
When the
図2(b)、図3に示すように、ピン部90には、加熱コイル1の近接対向部2a、2b(3a、3b)の小径部側対向部10が近接対向している。近接対向部2a、3a(2b、3b)は、ピン部90の略180度(略半周)の範囲に近接対向している。
As shown in FIGS. 2B and 3, the small-diameter portion-
近接対向部2aのうち、突出部11以外の部位はコア8a、8bによって覆われている。また、近接対向部2aの突出部11は、コア8a、8bよりもピン部90側へ突出している。そのため、突出部11とピン部90の間には、コア8a、8bは存在しない。また、突出部11は、近接対向部2aの菱形の横断面を構成する辺のうちの、段部側対向部9側に設けられており、境界部92(フィレット)に近接している。さらに、段部側対向部9は、スラスト受け部93に近接対向している。
In the
このように、近接対向部2a、3a(2b、3b)が、クランクシャフトWのピン部90とスラスト受け部93に近接対向した状態で、中心線95(図1)を中心にクランクシャフトWを回転駆動する。その際、加熱コイル1は、図示しない追従機構によって、ピン部90の中心線95を中心とした回転移動(公転)に追従移動する。これにより、近接対向部2a、3a(2b、3b)は、ピン部90及びスラスト受け部93の全周囲に渡って順に近接対向する。
As described above, the crankshaft W is centered on the center line 95 (FIG. 1) in a state where the
そして、図示しない高周波電源を稼働させ、加熱コイル1(近接対向部2a、2b、3a、3b)に高周波電流を通電すると、ピン部90及びスラスト受け部93の全周囲に渡って高周波誘導電流が励起され、高周波誘導加熱される。焼入温度以上に加熱後、さらに図示しない冷却設備によって急冷することにより、ピン部90及びスラスト受け部93は高周波焼入される。
When a high-frequency power supply (not shown) is operated to supply a high-frequency current to the heating coil 1 (
その結果、ピン部90及びスラスト受け部93には、図3に示すような焼入硬化層L1が形成される。すなわち、焼入硬化層L1は、スラスト受け部93から境界部92(フィレット)を介してピン部90に至るまで連続している。そして、対向する二つのスラスト受け部93とピン部90には、連続した焼入硬化層L1が形成されている。
As a result, a quench hardened layer L1 as shown in FIG. 3 is formed on the
換言すると、ピン部90、境界部92、及びスラスト受け部93には、表面から略一様の同程度の深さの連続した焼入硬化層L1が形成されている。焼入硬化層L1が略一様になる理由について、本発明者は以下のように考察した。
In other words, the
断面が菱形の近接対向部2a(2b、3a、3b)は、ピン部90側の小径部側対向部10の大半の部位がコア8aによって覆われている。そのため、小径部側対向部10は、コア8aで覆われた大半の部位が磁気遮蔽されて、最短距離で近接対向するピン部90の表面に磁気(磁力線)が届かない。すなわち、ピン部90の軸方向の中央部分には、小径部側対向部10から最短距離で磁気が届かない。
In the
一方、小径部側対向部10の突出部11は、境界部92付近でピン部90(境界部92)と近接対向している。境界部92は、ピン部90よりも熱容量が大きいため、誘導加熱量が過大であっても昇温しにくい。
On the other hand, the protruding
また、突出部11とピン部90の間には、コア8aが存在しないため、突出部11から放出された磁気(磁力線)がピン部90の全領域に行き渡る。突出部11は、ピン部90の端部付近(境界部92側)に近接するように配置されており、ピン部90の中央部分からは相当に離間している。そのため、熱容量の比較的小さいピン部90の中央部分には、突出部11から放出されて拡がった磁気によって比較的少量の高周波誘導電流が励起される。さらに、過大に誘導加熱された境界部92側からピン部90の軸方向の中央側へ熱が伝達される。その結果、ピン部90の境界部92付近から中央側の部位に至るまで同程度に昇温する。すなわち、ピン部90の全領域が同様に昇温する。
Since the
また、スラスト受け部93には段部側対向部9が近接対向している。スラスト受け部93は、段部側対向部9に通電された高周波電流によって高周波誘導電流が励起され、焼入温度まで昇温する。
The step-
コア8aによって、近接対向部2aから放出される磁気量を調整し、ピン部90、境界部92、及びスラスト受け部93に励起される高周波誘導電流を調整することも可能である。すなわち、薄板片15の積層数を調整することにより、コア8aの長さFを調整し、ピン部90、境界部92(フィレット)、及びスラスト受け部93が同程度に昇温するように高周波誘導加熱することができる。
The
ここで、小径部側対向部10がコア8aで覆われていなければ、ピン部90は過熱状態になり、図9に示すように、ピン部90には不必要に深い焼入硬化層86が形成されてしまう。そこで、小径部側対向部10の一部を、図10に示すようなコア78の延長部78aで覆うと、ピン部90の軸方向の中央部分の加熱量が不足してしまい、図11に示すように、ピン部90の中央部分が浅くなった焼入硬化層87が形成されてしまう。
Here, if the small-diameter portion-
そこで、本発明者は、小径部側対向部10の大半の部位をコア8aで覆うと共に、小径部側対向部10の一部(突出部11)をピン部90が配置される側に突出させることに想到し、図3に示すようなピン部90からスラスト受け部93に至るまで略一様な深さの焼入硬化層L1を形成することができた。すなわち、突出部11から放出された磁気が、ピン部90の軸方向に拡散し、ピン部90の加熱不足が解消されたものと考えられる。
Thus, the present inventor covers most of the small-diameter portion-
また、コア8aを多数の薄板片15で構成し、コア8aの長さF(大きさ)を変更することによって、ピン部90、スラスト受け部93等の加熱量を調整し、焼入硬化層L1の均一化を図ることもできる。
The
さらに、ピン部90(小径部)の加熱量の調整は、近接対向部2aの突出部11の突出量を変更することによって行うこともできる。すなわち、突出部11の突出量を加減することにより、図3に示すような略均一の深さの焼入硬化層L1を形成することができる。具体的には、以下のようである。
Further, the amount of heating of the pin portion 90 (small diameter portion) can be adjusted by changing the amount of protrusion of the protruding
図6(a)に示すように、近接対向部2aの突出部11は、薄板片15(コア8a)よりもピン部90(小径部)が配置される側に突出量P1だけ突出している。この突出量P1の大きさは、任意に設定することができる。また、突出部11の対向幅R1の大きさも任意に設定することができる。対向幅R1は、突出部11のピン部90に対向する幅である。すなわち、突出量P1と対向幅R1の大きさを加減することによって、ピン部90を高周波焼入した際に、略一様な深さの焼入硬化層L1(図3)を形成することができる。
As shown in FIG. 6A, the protruding
例えば、図6(b)に示すように、薄板片15の代わりに薄板片16でコア8aを構成することにより、突出部11よりも突出量が小さい(少ない)突出部11aを形成することができる。突出部11aの突出量P2及び対向幅R2は、図6(a)の突出量P1及び対向幅R1よりも小さい。そのため、薄板片16を使用すると、ピン部90(小径部)の加熱量は比較的少なくなる。
For example, as shown in FIG. 6B, by forming the
逆に、図6(c)に示すように、薄板片17でコア8aを構成することにより、突出部11よりも突出量が大きい(多い)突出部11bを形成することもできる。突出部11bの突出量P3及び対向幅R3は、図6(a)の突出量P1及び対向幅R1よりも大きい。そのため、薄板片17を使用すると、ピン部90(小径部)の加熱量は比較的多くなる。
Conversely, as shown in FIG. 6C, by forming the
本実施形態では、突出部11を、菱形の横断面の鋭角部分で構成した例を示したが、代わりに、図7に示すように、加熱コイル21の近接対向部20a、20bの横断面が正方形又は長方形で、小径部側対向部30における段部側対向部29との接続部分のみがピン部90側に突出していてもよい。すなわち、突出部31が、コア28a、28bよりもピン部90側に突出するように構成されていれば、近接対向部20a、20bの横断面の形状は任意に設定することができる。
In the present embodiment, an example is shown in which the protruding
1 加熱コイル
2a、2b 近接対向部
3a、3b 近接対向部
8a、8b コア(磁性体)
9 近接対向部の段部側対向部
10 近接対向部の小径部側対向部
11 近接対向部の突出部
90 ピン部(小径部)
91a、91b 大径部
93 スラスト受け部(段部)
W クランクシャフト(熱処理対象物)
1
9 Step-side opposing portion of
91a, 91b
W Crankshaft (object for heat treatment)
Claims (3)
前記段部と小径部に近接対向する近接対向部を有し、
前記近接対向部は、段部に対向する段部側対向部と、小径部に対向する小径部側対向部を有し、前記段部側対向部と小径部側対向部は連続しており、
前記近接対向部には磁性体が設けられており、
前記段部側対向部は、磁性体で覆われておらず、
前記小径部側対向部における段部側対向部と連続する側の部位が、磁性体よりも熱処理対象物の小径部が配置される側に突出した突出部を構成していることを特徴とする高周波誘導加熱用の加熱コイル。 A heating coil for high-frequency induction heating that has a large-diameter portion and a small-diameter portion, and in a heat treatment target having a step between the large-diameter portion and the small-diameter portion, excites a high-frequency induction current in the step and the small-diameter portion. So,
Having a proximity opposing portion opposing the step portion and the small diameter portion,
The proximity opposing portion has a step-side opposing portion opposing the step portion and a small-diameter portion opposing portion opposing the small-diameter portion, and the step-side opposing portion and the small-diameter portion opposing portion are continuous,
A magnetic body is provided in the proximity opposing portion,
The step side facing portion is not covered with a magnetic material,
A portion of the small diameter portion facing portion which is continuous with the step portion facing portion constitutes a protruding portion projecting to a side where the small diameter portion of the object to be heat-treated is arranged than a magnetic material. Heating coil for high frequency induction heating.
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