JP2745282B2 - 高周波誘導加熱装置 - Google Patents

高周波誘導加熱装置

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JP2745282B2
JP2745282B2 JP6013529A JP1352994A JP2745282B2 JP 2745282 B2 JP2745282 B2 JP 2745282B2 JP 6013529 A JP6013529 A JP 6013529A JP 1352994 A JP1352994 A JP 1352994A JP 2745282 B2 JP2745282 B2 JP 2745282B2
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義和 末川
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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  • General Induction Heating (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、リング状のワークを
加熱する高周波誘導加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えばギヤ用の素材であるリ
ング状のワークに、熱間又は温間領域でローリング加工
等の塑性加工を施す際には、上記ワークを高周波誘導加
熱装置によって加熱することが一般に行われている。こ
の高周波誘導加熱装置は、垂直軸回りに巻回された加熱
用のコイルを備え、このコイルの内部空間に、軸芯を垂
直に向けた状態でワークを導入し、電磁誘導によりワー
クに渦電流を発生させて、ジュール熱により加熱するも
のである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成の高周波誘
導加熱装置は、ワークの軸芯に沿って磁束を通すもので
あり、ワークに流れる電流は、表面に近いほど大きく、
中心に行くに従って減少することになる。このため、ワ
ークの抵抗率や印加電流の周波数にもよるが、一般にワ
ークの外周表面から数mm程度の深さしか誘導加熱する
ことができず、それよりも深い部分は、外周表面からの
熱伝導によって加熱する必要がある。従って、特に大型
のワークについて、その中心側を所望の温度に加熱する
までに時間がかかり、生産効率が悪くコストが高く付く
という問題があった。
【0004】また、ワークを均一に加熱することができ
ず、温度ムラが生じることから、加熱温度を長めに設定
する必要があり、より一層加熱時間が長くなるという問
題があった。この温度ムラが生じるのを抑制するため
に、ワークをコイルと同芯に回転させながら加熱するこ
とも行われているが、ワークとコイルとの隙間が一定で
あり、磁束密度が変化しないことから、温度ムラを効果
的に抑制することができない。
【0005】さらに、ワークの中心側の温度をある程度
高くするには、ワークの外周側の加熱温度をかなり高く
する必要があるので、ワークの外周表面にスケールが発
生して、品質低下を生じるという問題もあった。そこ
で、ワークに窒素ガス等を吹き付けることにより、スケ
ールの発生を抑制することも行われているが、送風によ
って温度が低下することから、所望の温度に加熱するま
でにさらに時間がかかるとともに、ガス代も必要であ
り、さらにコストが高く付くという問題があった。
【0006】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、ワークをコスト安価にて均一かつ効率良く
加熱することができる高周波誘導加熱装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の高周波誘導加熱装置は、リング状のワーク
を高周波誘導加熱によって加熱する高周波誘導加熱装置
において、上記ワークを支持して当該ワークの軸芯回り
に回転させるワーク回転支持手段と、ワークを導入して
加熱する内部空間を有し、ワークの軸芯と直交する方向
に磁束を通すとともに、ワークの軸芯を挟んだ両側部分
を通る磁束の密度が最も高い加熱用のコイルと、ワーク
支持手段とコイルとを相対的に移動させて、ワーク回転
支持手段に支持されたワークをコイルの内部空間に対し
て挿抜させる移動手段とを備えることを特徴とするもの
である。
【0008】但し、上記高周波誘導加熱装置は、ワーク
回転支持手段が、起立させたワークの外周下部を受け止
める一対の回転ローラを備え、この回転ローラの直上に
上記コイルの内部空間が配置されているものであっても
良く、この場合には、上記一対の回転ローラの何れか一
方を下降させることにより、一対の回転ローラに支持さ
れたワークを転がして排出するワーク排出手段を備える
のが好ましい。
【0009】
【作用】上記の構成の高周波誘導加熱装置によれば、ワ
ーク回転支持手段によってリング状のワークを支持した
状態で、移動手段によってワーク支持手段とコイルとを
相対的に移動させることにより、ワークをコイルの内部
空間に導入することができ、この状態で、加熱用のコイ
ルに高周波電流を流すことにより、ワークを加熱するこ
とができる。この際、ワーク回転支持手段によってワー
クをその軸芯回りに回転させながら加熱することができ
るとともに、上記コイルによって、ワークの軸芯を挟ん
だ両側部分において磁束密度を最も高くした状態で、ワ
ークの軸芯と直交する方向に磁束を通すことができる。
このため、磁束密度が最も高い部分に対して、ワークの
全周を通過させることができ、ワークを均一且つ効率良
く加熱することができる。
【0010】特に、上記ワーク回転手段が、起立させた
ワークの外周下部を受け止める一対の回転ローラを備
え、この回転ローラの直上に上記コイルの内部空間が配
置されている場合には、上記一対の回転ローラとコイル
とを相対的に移動させて、至近距離まで接近させること
により、ワークの大半を当該内部空間に導入することが
できる。このため、さらに均一且つ効率良くワークを加
熱することができる。
【0011】また、上記一対の回転ローラの何れか一方
を下降させることにより、一対の回転ローラに支持され
たワークを転がして排出するワーク排出手段を備える場
合には、上記一対の回転ローラに支持されたワークを装
置外に簡単に排出することができる。
【0012】
【実施例】以下この発明の実施例について、添付図面を
参照しながら詳述する。図1は、この発明の高周波誘導
加熱装置の一実施例を示す一部欠截正面図であり、図2
は側面図である。この高周波誘導加熱装置は、例えばギ
ヤ用の素材であるリング状のワークWを、熱間又は温間
領域に加熱するものであり、架台1の上部に、ワークW
をその軸芯を水平方向に向けた状態で支持するととも
に、当該軸芯回りに回転させるワーク回転支持手段2
と、ワークWを加熱するためのコイル3と、ワーク回転
支持手段2を昇降させて、ワークWをコイル3の内部に
挿抜させる移動手段4と、ワーク回転支持手段2にワー
クWを供給するワーク供給手段5と、加熱が完了したワ
ークWを装置外に排出するワーク排出手段6とを備えて
いる。
【0013】上記ワーク回転支持手段2は、起立状態で
供給されたワークWの外周下部を受け止める一対の回転
ローラ21,22と、一方の回転ローラ21を回転駆動
する回転駆動機構23とを備えている。上記一方の回転
ローラ21は、昇降台24に立設された支柱25aの上
部に固定されており、他方の回転ローラ22は、上記昇
降台24に立設された支柱25bに沿って昇降可能に設
けられている。また、回転駆動機構23は、駆動源とし
てのモータ23aの駆動力を、チェーン及びスプロケッ
ト等を介して一方の回転ローラ21に伝達するものであ
り、上記一対の回転ローラ21,22とともに昇降でき
るように、昇降台24に搭載されている。上記ワークW
の回転数は、その大きさや材質にもよるが、一般に50
〜70rpm程度に設定される。
【0014】また、上記ワーク回転支持手段2には、一
対の回転ローラ21,22に支持されたワークWの両側
を挟み込んで、当該ワークWが倒れるのを防止するガイ
ド部材26が設けられている。このガイド部材26は、
環状に曲げたパイプによって構成されており、その内部
に冷却水を通すことによって過熱するのが防止されてい
る。上記昇降台24は、移動手段4を構成するシリンダ
41によって所定ストローク昇降駆動されるものであ
り、その上昇位置において一対の回転ローラ21,22
が、コイル3の底部間近に接近する。
【0015】コイル3は、架台1の上部に設けられた上
部架台11によって、ワーク回転支持手段2の上方に支
持されている。このコイル3は、ワークWを導入して加
熱するための内部空間31を備えており、その内部空間
31の周囲に、導体からなるコイル材32が鉛直軸回り
に巻回されている。上記内部空間31は、ワークW及び
ガイド部材26のほぼ全体を導入可能な大きさに形成さ
れており、その周囲は、耐火セメント33によって覆わ
れている。また、内部空間31の天井部は、ワークWの
外周にほぼ沿うように、アーチ型に形成されており、コ
イル材32の巻き径は、当該天井部に沿うように漸次小
さくなっている。なお、上記コイル3には、電源34か
ら高周波電流が印加される。
【0016】ワーク供給手段5は、ワークWを起立させ
た状態で転がして供給する傾斜状のシュート51と、こ
のシュート51の下端部に供給されたワークWを受け止
める受け部材52と、この受け部材52に受け止められ
たワークWを、一対の回転ローラ21,22の相互間に
供給すべく、当該受け部材52を回動させる回動機構5
3等を備えており、上記受け部材52の下部には、一対
の回転ローラ21,22間にワークWを供給している最
中に、シュート51上のワークWが転がり落ちるのを防
止するための、円弧状のストッパー54が設けられてい
る。
【0017】ワーク排出手段6は、回転ローラ22を昇
降させるシリンダ61を備えているる。このシリンダ6
1は、昇降台24の上部に立設されており、上昇位置に
おいて、上記回転ローラ21を、一方の回転ローラ21
と同一高さに維持し、下降位置において、一対の回転ロ
ーラ21,22に支持されたワークWを転がして排出シ
ュート62に導くことができる。
【0018】以上の構成であれば、ワーク回転支持手段
2を下降させた状態で、ワーク供給手段5によって、一
対の回転ローラ21,22の相互間にワークWを供給し
た後、移動手段4によってワーク回転支持手段2を上昇
させることにより、当該ワークWをコイル3の内部空間
31に導入することができる。この際、回転ローラ2
1,22が、ワークWの外周下部を受け止めており、し
かもコイル3の底部間近に接近するので、ワークWの大
半を上記内部空間31に導入することができる。この状
態で回転駆動機構23により、一方の回転ローラ21を
回転させるとともに、コイル3に高周波電流を印加する
ことにより、ワークWを水平軸(軸芯)回りに回転させ
ることができる。
【0019】ここに、コイル3が垂直軸回りに巻回され
ているので、磁束Bが上下方向に、つまりワークWの軸
芯に対して直交する方向に通ることになり(図3参
照)、この磁束Bの密度は、ワークWの軸線を挟んだ両
側部分、つまりワークWとコイル3とが最も接近する両
側部分で最も高く、この磁束密度が最も高い部分を、ワ
ークWの全周が通過することから、ワークWを均一且つ
効率良く加熱することができる。従って、大型のワーク
Wについても、温度ムラを抑制した状態で短時間で加熱
することができる。この結果、ワークWの外周側の温度
をさほど上げることなく、中心側を所望の温度まで高め
ることができ、ワークWの外周表面にスケールが発生す
るのを抑制することができる。
【0020】特に、上記実施例においては、ワークWの
大半をコイル3の内部空間31に導入しているので、よ
り一層均一且つ効率良くワークWを加熱することができ
る。また、加熱が完了したワークWについては、ワーク
回転支持手段2を下降させた状態で、ワーク排出手段6
によって回転ローラ22を下降させることにより、、排
出シュート62を介して装置の外部に簡単に排出するこ
とができる。
【0021】なお、ワーク回転支持手段2は、ワークW
を一対の回転ローラ21,22と補助ローラ26との間
で挟み込むものであってもよく(図4参照)、この場合
には、ワークWをコイル3の内部空間31に対して上下
方向だけでなく、左右方向から導入することができる。
また、ワークWを、その軸芯を鉛直方向その他の任意の
方向に向けた状態で回転させながら加熱することもでき
る。
【0022】この発明の高周波誘導加熱装置は上記実施
例に限定されるものでなく、例えばワーク支持手段2を
移動させる代わりに、コイル3を移動させることによっ
て、ワークWをコイル3の内部空間31に対して挿抜さ
せる構成とすること等、種々の設計変更を施すことがで
きる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、この発明の高周波誘導加
熱装置によれば、リング状のワークを、その軸芯回りに
回転させるとともに、当該軸芯を挟んだ両側部分におい
て磁束密度を最も高くした状態で、当該軸芯と直交する
方向に磁束を通して誘導加熱を行うので、磁束密度が
高い部分にワークの全周を通過させることができる結
果、ワークを均一且つ効率良く加熱することができる。
このため、ワークの外周側を高温に加熱することなく、
ワークの中心側を所望の温度に加熱することもでき、ワ
ークの表面にスケールが発生するのを抑制することがで
きる。従って、コスト安価にて品質良好な加熱ワークを
得ることができる。
【0024】また、請求項2に係る高周波誘導加熱装置
によれば、一対の回転ローラによって、起立させたワー
クの外周下部を受け止めるので、当該回転ローラをコイ
ルの内部空間間近まで接近させることにより、ワークの
大半を内部空間に導入することができる。このため、さ
らにワークを均一且つ効率良く加熱することができると
いう特有の効果を奏する。
【0025】さらに、請求項3に係る高周波誘導加熱装
置によれば、上記一対の回転ローラの何れか一方を下降
させるだけで、加熱が完了したワークを転がして装置外
に排出することができるので、ワークを簡単な機構で容
易に排出することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の高周波誘導加熱装置の一実施例を示
す一部欠截正面図である。
【図2】図1に示す高周波誘導加熱装置の側面図であ
る。
【図3】ワークの加熱状態を示す模式図である。
【図4】他の実施例を示す一部欠截正面図である。
【符号の説明】
2 ワーク回転支持手段 21 回転ローラ 22 回転ローラ 3 コイル 31 内部空間 4 移動手段 6 ワーク排出手段 W ワーク B 磁束

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リング状のワークを高周波誘導加熱によっ
    て加熱する高周波誘導加熱装置において、 上記ワークを支持して当該ワークの軸芯回りに回転させ
    るワーク回転支持手段と、 ワークを導入して加熱する内部空間を有し、ワークの軸
    芯と直交する方向に磁束を通すワークの軸芯と直交する
    方向に磁束を通すとともに、ワークの軸芯を挟んだ両側
    部分を通る磁束の密度が最も高い加熱用のコイルと、 ワーク支持手段とコイルとを相対的に移動させて、ワー
    ク回転支持手段に支持されたワークをコイルの内部空間
    に対して挿抜させる移動手段とを備えることを特徴とす
    る高周波誘導加熱装置。
  2. 【請求項2】上記ワーク回転支持手段が、起立させたワ
    ークの外周下部を受け止める一対の回転ローラを備え、
    この回転ローラの直上に上記コイルの内部空間が配置さ
    れている請求項1記載の高周波誘導加熱装置。
  3. 【請求項3】上記一対の回転ローラの何れか一方を下降
    させることにより、一対の回転ローラに支持されたワー
    クを転がして排出するワーク排出手段を備える請求項2
    記載の高周波誘導加熱装置。
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