JP3548522B2 - 高周波誘導加熱コイル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１及び第２の段部を有する段付き軸状部材（多段付き軸状部材）を焼入処理等のために高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
等速ジョイントのアウターレースやインボードジョイント等の部品として、段付き軸状部材が用いられている。この種の段付き軸状部材はエンジンの回転を車輪に伝達する重要保安部品であるため、強度についての要求が厳しく、特に段部における隅部（隅Ｒ部とも称される）はねじり疲労強度破壊の起点になる箇所であることから、隅部における焼入硬化層の焼入深さが重要視されている。
【０００３】
図７は、２段の段部１ａ，１ｂを有する段付き軸状部材（多段付き軸状部材）２を示すものである。この種の段付き軸状部材２は、図７示すように、相対的に小さな直径を有する小径軸部３と、相対的に大きな直径を有する大径軸部４とをそれぞれ備え、小径軸部３と大径軸部４との境界箇所に第１及び第２の段部１ａ，１ｂが設けられている。なお、第１の段部１ａは、前記小径軸部３の付け根部分の隅部（隅Ｒ部）５ａと、この隅部５ａに連なる座面部６ａと、この座面部６ａに連なる肩部７ａにて構成されている。また、第２の段部１ｂは、前記肩部７ａに連なる隅部（隅Ｒ部）５ｂと、この隅部５ｂに連なる座面部６ｂと、この座面部６ｂに連なる肩部７ｂにて構成されている。このような段付き軸状部材２については、小径軸部３、第１の段部１ａを構成する隅部５ａ，座面部６ａ及び肩部７ａ、及び第２の段部１ｂを構成する隅部５ｂ，座面部６ｂ及び肩部７ｂにわたって連続する均一な焼入硬化層パターン（焼入深さは、例えば２．０〜５．５ｍｍ程度）を要求される。
【０００４】
また、図８は、上述の段付き軸状部材２を焼入するために従来より用いられている高周波誘導加熱コイル１０を示すものである。この高周波誘導加熱コイル１０は、図８に示すように、段付き軸状部材２の軸線Ｐを中心に１８０゜隔てた位置で段付き軸状部材２の小径軸部３の周面に平行に対向配置される直線形状の２本の小径軸部加熱導体１１，１２と、これらの小径軸部加熱導体１１，１２にそれぞれ接続され、かつ、段付き軸状部材２の軸線Ｐに対して直角に配置されると共に第１の段部１ａの座面部６ａに平行に対応配置される直線形状の２本の段部加熱導体（第１の段部加熱導体）１３，１４と、これらの段部加熱導体１３，１４にそれぞれ接続され、かつ、段付き軸状部材２の軸線Ｐを中心に１８０゜隔てた位置で前記軸線Ｐに対して平行な状態で第１の段部１ａの肩部７ａと第２の段部１ｂの隅部５ｂとの間の軸部部分に対応配置される直線形状の２本の周面加熱導体１５，１６と、これらの周面加熱導体１５，１６の間に接続され、かつ、第２の段部１ｂの座面部６ｂに対して平行な状態でこの座面部６ｂの半円弧部分に沿って対応配置される半円弧形状の段部加熱導体（第２の段部加熱導体）１７とから構成されている。なお、図８において、１８，１９は図外の高周波電源から電流を供給するためのリード導体であり、これらのリード導体１８，１９間には図９及び図１０に示す如く絶縁板２０が介在されるようになっている。
【０００５】
また、図９及び図１０に示すように、上述の高周波誘導加熱コイル１０の特定部分、すなわち第１の段部加熱導体１３，１４及び第２の段部加熱導体１７に珪素鋼板やダストコア等の磁性材（磁束集中材）２１，２２がそれぞれ取付けられ、これにより、段付き軸状部材２の隅部５ａ，５ｂ（磁束密度の関係で最も加熱されにくい部分）の加熱効率の増大が図られるように構成されている。
【０００６】
かくして、段付き軸状部材２を焼入処理するに際しては、高周波誘導加熱コイル１０にて取り囲まれた領域内に被焼入体である段付き軸状部材２の半分部分を配置し、高周波誘導加熱コイル１０と段付き軸状部材２との間に所定の間隔を保った状態の下で段付き軸状部材２をその軸線Ｐを中心に回転させながら高周波誘導加熱コイル１０に高周波電流を流すことにより、段付き軸状部材２の小径軸部３、第１の段部１ａの隅部５ａ，座面部６ａ及び肩部７ａ、並びに第２の段部１ｂの隅部５ｂ，座面部６ｂ及び肩部７ｂの表面を高周波誘導加熱する。次いで、高周波誘導加熱された段付き軸状部材２の加熱部分を冷却液にて急冷することにより、これらの部分の表面に連続する焼入硬化層を形成するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示すように段付き軸状部材２の半径方向における第１の段部１ａの座面部６ａの幅Ｌが広い場合には、この座面部６ａの面積が大きくなることに起因して小径軸部３と座面部６ａとにおける加熱バランスが崩れ、座面部６ａに形成される焼入硬化層Ｓ１ の深さ（焼入深さ）が不均一になると共に、隅部５ａ，５ｂ付近の焼入硬化層深さが前記小径軸部３に形成される焼入硬化層Ｓ２ の深さよりも相対的に浅くなる。そして、これに伴い、第１の段部１ａの隅部５ａの焼入硬化層Ｓ３ の深さ及び第２の段部１ｂの焼入硬化層Ｓ４ の深さが、前記小径軸部３に形成される焼入硬化層Ｓ２ の深さよりも相対的に浅くなる。
【０００８】
このような現象を生じるのは、次のような理由からである。まず、第１の段部１ａの隅部５ａは、図１２に示すように、高周波誘導加熱コイル１０のコイル導体を構成する柱状の小径軸部加熱導体１１，１２と、棒状の段部加熱導体１３，１４とによって高周波誘導加熱されると共に、第２の段部１ｂの隅部５ｂは円弧形状の段部加熱導体によって高周波誘導加熱される。第１の段部１ａの座面部６ａの幅Ｌが広い段付き軸状部材２の場合、焼入硬化層Ｓを各部において均一な深さにするためには、前記座面部６ａの幅Ｌ（ひいては、面積）が広くなるのに対応して小径軸部３に対する座面部６ａの加熱容量を増やすことが必要となる。しかし、座面部６ａは小径軸部３に対して加熱効率が悪く、従って座面部６ａ部分における焼入硬化層Ｓ１ の深さを小径軸部３の焼入硬化層Ｓ２ と同等の深さにするのは難しいのが実状である。そのため、隅部５ａの付近の座面部６ａ部分における焼入硬化層Ｓ１ 深さ、ひいては隅部５ａにおける焼入硬化層Ｓ３ の深さが、小径軸部３における焼入硬化層Ｓ２ の深さよりも浅くなり、焼入硬化層パターンが不均一な深さのパターンとなってしまうのである。
【０００９】
また、単なる円弧形状の段部加熱導体１７によって第２の段部１ｂの隅部５ｂを高周波誘導加熱した場合、この隅部５ｂにおける加熱効率が悪く、従って前記隅部５ｂに形成される焼入硬化層Ｓ４ の深さは相対的に浅くなる。
【００１０】
なお、焼入硬化層パターンが隅部５ａ，５ｂにおいて浅くなるような不具合を解消するための手段としては、既述の如く座面部６ａを高周波誘導加熱する棒状の段部加熱導体１３，１４に珪素鋼板やダストコア等の磁性材２１を配設したり、段部加熱導体１３，１４と座面部６ａとの間の間隔Ｇ（図１３参照）を狭くすることによって、座面部６ａの加熱効率（ひいては隅部５ａの加熱効率）を増大させることが考えられるが、このような手段を採用したとしても座面部６ａについての加熱効率の向上の程度に限界があり、隅部５ａ付近の座面部６ａ部分における焼入硬化層Ｓ１ の深さを小径軸部３における焼入硬化層Ｓ２ の深さほどに深くすることができないのが実状である。また、段部加熱導体１７に珪素鋼板やダストコア等の磁性材２２を配設しても第２の段部１ｂの隅部５ｂに関しては充分に深い焼入硬化層Ｓ４ （図１３参照）を得ることができないのが実状である。
【００１１】
以上のようなことから、幅Ｌが広くて面積の大きな座面部６ａを有する第１の段部１ａ及びこの第１の段部１ａに連なる第２の段部１ｂを有する段付き軸状部材２を従来の高周波誘導加熱コイル１０にて高周波誘導加熱して焼入冷却（焼入処理）しても、特に高い強度が要求される隅部５ａ，５ｂ部分における焼入硬化層Ｓ３ ，Ｓ４ の深さが相対的に浅くなり、段付き軸状部材２に充分な強度を付与することができない場合がある。
【００１２】
なお、上述の如く段付き軸状部材２に設けられた２段の段部１ａ，１ｂを同時に高周波誘導加熱して焼入処理をする場合には、第１の段部１ａの隅部５ａと第２の段部１ｂの隅部５ｂとの加熱容量のバランスを保ちながら第１の段部１ａの隅部５ａの焼入硬化層Ｓ３ の深さを充分に確保する必要がある。
【００１３】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、小径軸部の立ち上がり部の加熱効率を相対的に低減することができると共に、段付き軸状部材の第１及び第２の段部における隅部の焼入硬化層の深さをより深くすることができ、その結果、小径軸部，隅部及び座面部に連続して形成される焼入硬化層の深さの均一化を図ることができるような構成の高周波誘導加熱コイルを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、相対的に小さな直径を有する小径軸部と、相対的に大きな直径を有する大径軸部と、前記小径軸部と大径軸部との間にそれぞれ形成される第１及び第２の段部とをそれぞれ備えた段付き軸状部材を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイルにおいて、
（ａ） 軸回転する段付き軸状部材の軸線を中心に１８０°隔てた位置で前記軸線に対して平行に配置され、かつ、前記小径軸部に対応配置される直線形状の第１及び第２の小径軸部加熱導体と、
（ｂ） 前記第１の小径軸部加熱導体に接続されると共に、前記第１の小径軸部加熱導体に対して屈曲されて前記小径軸部の立ち上がり部分から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体と、
（ｃ） 前記第３の小径軸部加熱導体に接続されると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部に対応配置される円弧形状の第１の段部加熱導体と、
（ｄ） 前記第１の段部加熱導体と前記第２の小径軸部加熱導体との間に接続される と共に、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部に対応配置される円弧形状の第２の段部加熱導体と、
をそれぞれ設け、
前記第１の段部加熱導体の円弧の長さαと前記第２の段部加熱導体の円弧の長βとの関係を、α≦βとなるように設定すると共に、
前記小径軸部の立ち上がり部分における前記第２の小径軸部加熱導体と前記第３の小径軸部加熱導体との間の間隔を、前記第１の小径軸部加熱導体及び前記第３の小径軸部加熱導体の接続部における前記第２の小径軸部加熱導体と前記第３の小径軸部加熱導体との間の間隔よりも広くなるように設定し、
前記第１及び第２の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の１８０°隔てた位置において前記小径軸部に対して平行に配置し、かつ、前記第３の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に前記小径軸部から遠ざかるように配置することにより、前記第３の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の立ち上がり部から遠ざけた位置に配置するようにしている。
また、本発明では、前記条件式α≦βを満たすことを前提として、前記第１の段部加熱導体の円弧の中心角θ1を４０°≦θ1≦２２０°とし、前記第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ2を５０°≦θ2≦２３０°としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。なお、図１〜図６において、図７〜図１３と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル３０を示している。この高周波誘導加熱コイル３０は、段付き軸状部材２の焼入処理時に段付き軸状部材２の小径軸部３、第１の段部１ａ及び第２の段部１ｂを高周波誘導加熱するために使用されるものである。図１に示すように、高周波誘導加熱コイル３０は、一続きのコイル構成体から成る導電性の部品であって、高周波電源３１に接続された第１のリード導体３２ａ，３２ｂ及び第２のリード導体３３ａ，３３ｂと、前記リード導体３２ｂ，３３ｂにそれぞれ接続されると共に、軸回転する段付き軸状部材２の軸線（小径軸部３及び大径軸部４の軸線）Ｐを中心に１８０゜隔てた位置で前記軸線Ｐに対して平行に配置される直線形状の第１及び第２の小径軸部加熱導体３４，３５と、第１の小径軸部加熱導体３４に接続されると共に、小径軸部３の立ち上がり部分（付け根部分）から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体３６と、連結導体３７，３８を介して第３の小径軸部加熱導体３６に接続されると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部１ａに対応配置される円弧形状の第１の段部加熱導体３９と、この第１の段部加熱導体３９に連結導体４０を介して接続されると共に、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部１ｂに対応配置される円弧形状の第２の段部加熱導体４１と、この第２の段部加熱導体４１と第２の小径軸部加熱導体３５との間に連結導体４２を介して接続されると共に、第１の段部１ａの座面部６ａに半径方向に沿って対応配置される直線形状の座面部加熱導体４３とから構成されている。なお、図２，図３及び図４に示すように、第１及び第２のリード導体３２ａ，３３ａ間には絶縁板４４が配設されている。
【００１７】
図１における矢印は、ある瞬間に高周波誘導加熱コイル３０に流れる電流の通電方向を示しており、この際には、高周波電流が高周波電源３１からリード導体３２ａ，３３ｂ、第１の小径軸部加熱導体３４、傾斜状の第３の小径軸部加熱導体３６、連結導体３７，３８、円弧形状の第１の段部加熱導体３９、連結導体４０、円弧形状の第２の段部加熱導体４１、連結導体４２、直線状の座面部加熱導体４３、第２の小径軸部加熱導体３５、及びリード導体３３ｂ，３３ａを順次に流れ、次の瞬間にはこれとは逆の方向に高周波電流が交互に流れるようになっている。
【００１８】
また、本実施形態の高周波誘導加熱コイル３０にあっては、図２及び図３に示すように、円弧形状の第１の段部加熱導体３９に磁性材５０が取付けられると共に、円弧形状の第２の段部加熱導体４１に磁性材５１が取付けられている。さらに、第２の小径軸部加熱導体３５と連結導体４３との間に形成された直角屈曲部分に磁性材５２が取付けられている。かくして、磁性材５０，５１，５２が取付けられた加熱導体部分にて高周波誘導加熱される段付き軸状部材２の第１及び第２の段部１ａ，１ｂの加熱効率（特に、隅部５ａ，５ｂ及び座面部６ａ，６ｂの加熱効率）が増大されるようになっている。
【００１９】
さらに、本実施形態の高周波誘導加熱コイル３０では、図２に示すように、段付き軸状部材２の第１の段部１ａに対応配置されてこの段部１ａを高周波誘導加熱する第１の段部加熱導体３９の円弧の長さ（周長）αと、段付き軸状部材２の第２の段部１ｂに対応配置されてこの段部１ｂを高周波誘導加熱する第２の段部加熱導体４１の円弧の長さ（周長）βとの相互間の関係は、α≦βとなるように設定されている。なお、図２におけるθ１ 及びθ２ は、第１の段部加熱導体３９及び第２の段部加熱導体４１の円弧の中心角である。
【００２０】
また、図４に具体的に示すように、第１の小径軸部加熱導体３４は第２の小径軸部加熱導体３５よりも短く設定されており、第３の小径軸部加熱導体３６が、第１の小径軸部加熱導体３４の下端位置（第１の小径軸部加熱導体３４と第３の小径軸部加熱導体３６との接続部）から第２の小径軸部加熱導体３５の下端位置（第１の段部１ａに対応配置される、第２の小径軸部加熱導体３５の端部）までの垂直距離Ｙ（図３及び図４参照）の領域において既述の如く傾斜状態で配置されている。すなわち、段付き軸状部材２の小径軸部３の立ち上がり部（付け根部）に対応する柱形状の第３の小径軸部加熱導体３６が第１の座面部６ａから垂直距離Ｙだけ離れた（逃げた）箇所で小径軸部３の立ち上がり部から遠ざかる方向に屈曲されて傾斜状態で配置されており、第１の小径軸部加熱導体３４及び前記第３の小径軸部加熱導体３６の接続部と、段付き軸状部材２の第１の段部１ａに対応配置される、第２の小径軸部加熱導体３５の端部（下端部）との間の軸方向領域（軸線Ｐに沿った領域すなわち垂直領域Ｙ）において、第３の小径軸部加熱導体３６が段付き軸状部材２の小径軸部３の立ち上がり部に対して逃げた状態で配置されるようになっている。従って、第３の小径軸部加熱導体３６は、第２の小径軸部加熱導体３５に対向する片側の加熱導体部の一部分において逃げ部として設けられており、これにより第３の小径軸部加熱導体３６による加熱効率が相対的に低く（加熱が弱くなる）ように構成されている。なお、第１の段部１ａにおける隅部５ａの加熱は、主に、第１の段部加熱導体３９、及び、第２の小径軸部加熱導体３５と座面部加熱導体４３とによって形成される屈曲部分により行われると共に、第２の段部１ｂにおける隅部５ｂの加熱は、主に、第２の段部加熱導体４１により行われるようになっている。
また、小径軸部３の立ち上がり部分における第２の小径軸部加熱導体３５と第３の小径軸部加熱導体３６との間の間隔は、第１の小径軸部加熱導体３４及び第３の小径軸部加熱導体３６の接続部における第２の小径軸部加熱導体３５と第３の小径軸部加熱導体３６との間の間隔よりも広くなるように設定されている。そして、加熱時には、第１及び第２の小径軸部加熱導体３４，３５が小径軸部の１８０°隔てた位置において小径軸部３に対して平行に配置され、かつ、第３の小径軸部加熱導体３６が小径軸部３の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に小径軸部３から遠ざかるように配置され、これにより、第３の小径軸部加熱導体３６が小径軸部３の立ち上がり部から遠ざけられた位置に配置されるようになっている。
【００２１】
このような構成の高周波誘導加熱コイル３０を用いて段付き軸状部材２の２段の段部１ａ，１ｂの表面を焼入処理すると、良好な焼入硬化層パターンを得ることができる。具体的には、高周波誘導加熱コイル３０の軸線と段付き軸状部材２の軸線Ｐとが互いに一致するように配置してこれらの間に所定の隙間を保った状態の下で段付き軸状部材２をその軸線Ｐを中心に回転させながら高周波誘導加熱を行ない、その直後に冷却液にて急冷すると、小径軸部３の立ち上がり部分から第１の段部１ａを介して第２の段部１ｂに至るまでの表面領域に一続きの均一な焼入硬化層（強度についての最重要部である第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおいて充分な深さを有する焼入硬化層）Ｓを形成することができる。その理由を述べると、次の通りである。
【００２２】
まず、加熱容量を考慮して、軸径が相対的に大きい第２の段部１ｂを加熱する第２の段部加熱導体４１の円弧の長さβを、軸径が相対的に小さい第１の段部１ａを加熱する第１の段部加熱導体３９の円弧の長さαよりも長く設定するようにしているので（α≦β）、第１の段部１ａ（小径部）よりも第２の段部１ｂ（大径部）への高周波誘導加熱が相対的に増大される。そのため、熱容量が相対的に小さい第１の段部１ａと熱容量が相対的に大きい第２の段部１ｂとの加熱バランスが良くなり、均一に高周波誘導加熱されることとなる。
【００２３】
また、誘導加熱され易い小径軸部３の一部分すなわち小径軸部３の立ち上がり部分（付け根部分；軸立ち上がり部分）を高周波誘導加熱するための加熱導体部分には、小径軸部３の立ち上がり部分（付け根部分）から離れる方向に屈曲された傾斜状の第３の小径軸部加熱導体３６が設けられているので、小径軸部３の加熱効率が相対的に低減され、この第３の小径軸部加熱導体３６の対応範囲すなわち小径軸部３の立ち上がり部分（第３の小径軸部加熱導体３６が傾斜状でなく第１の小径軸部加熱導体３４と直線をなすように配置される場合には焼入硬化層の深さが相対的に深くなる部分）における焼入硬化層が浅くなるように作用する。一方、誘導加熱されにくい座面部６ａ，６ｂ及び隅部５ａ，５ｂを高周波誘導加熱するための第１及び第２の段部加熱導体３９，４１に磁性材５０，５１が取付けられると共に、座面部加熱導体４３に磁性材５２が取付けられているので、座面部６ａ，６ｂ及び隅部５ａ，５ｂの加熱効率が増大される。
【００２４】
その結果、これらの効果が相俟って、第１の段部１ａを構成する小径軸部３，隅部５ａ，座面部６ａ及び肩部７ａ、並びに、第２の段部１ｂを構成する隅部５ｂ，座面部６ｂ及び肩部７ｂにわたって連続した均一な焼入硬化層Ｓ（焼入硬化層パターン）を得ることができる（図６参照）。このようにして得られる焼入硬化層Ｓにあっては、従来のものに比べて第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおける焼入硬化層深さがより深くなり、焼入硬化層Ｓの深さ（焼入硬化層深さ）の均一化が図られる。かくして、耐久性の最重要部である第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおける焼入硬化層深さを増すことにより、段付き軸状部材２の強度（特に、ねじり疲労強度）を上げることができる。
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態の具体的な実施例を示す。
実施例
（１） ワーク ： ＢＪアウターレース
（ａ） 材質 ： Ｓ５３Ｃ
（ｂ） 軸部寸法： φ２４ｍｍ
（ｃ） 肩部寸法： φ５８ｍｍ
（２） 高周波誘導加熱コイル
（ａ） 座面部加熱導体の円弧の長さα ： ４８ｍｍ
（ｂ） 座面部加熱導体の円弧の中心角θ１ ： １１０゜
（ｃ） 肩部加熱導体の円弧の長さβ ： １０７ｍｍ
（ｄ） 肩部加熱導体の円弧の中心角θ２ ： １５０゜
（ｅ） 第３の小径軸部加熱導体の逃げ距離Ｙ ： ２４ｍｍ
（３） 高周波誘導加熱条件
（ａ） 周波数 ： ８ｋＨｚ
（ｂ） 出力 ： １７５ｋＷ
（ｃ） 加熱時間： ５．１ｓｅｃ
（ｄ） 回転数 ： １２０ｒｐｍ
（４） 冷却条件
（ａ） 冷却液 ： ユーコンクエンチャントＡ（８％）
（ｂ） 液温 ： ３０℃
（ｃ） 流量 ： １５０ ｌ／ｍｉｎ
（ｅ） 冷却時間： １５ｓｅｃ
【００２６】
上記の加工条件により段付き軸部２の焼入処理を施した場合の焼入硬化層Ｓの深さは、小径軸部３（スプライン付け根部）において４．８ｍｍ、第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおいて２．４ｍｍであった。なお、従来の高周波誘導加熱コイル１０を用いて段付き軸部２の焼入処理を施した場合の焼入硬化層Ｓの深さは、小径軸部３において６．３ｍｍ、第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおいて１．８ｍｍであった。従って、本発明の高周波誘導加熱コイル３０によれば、小径軸部３における焼入硬化層Ｓ２ の深さが相対的に浅くなると共に、第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおける焼入硬化層Ｓ３ ，Ｓ４ の深さが相対的に深くなるため、焼入硬化層深さの全体としてのバランスが良くなって焼入硬化層パターンの深さを均一化することができることが確認された。
【００２７】
また、第１の段部加熱導体３９の円弧の中心角θ１ 及び第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ２ （図２参照）を適宜に変えて焼入硬化層パターンのデータをとったところ、既述の条件式α≦βを満たすことを前提として、第１の段部加熱導体３９の円弧の中心角θ１ については４０゜≦θ１ ≦２２０゜の範囲とし、第２の段部加熱導体４１の円弧の中心角θ２ については５０゜≦θ２ ≦２３０゜の範囲とした場合に上述の如き効果を最も顕著に得ることができることが判明した。
【００２８】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、第３の小径軸部加熱導体３６の屈曲方向（傾斜方向）は、段付き軸部２の小径軸部３から離れる方向であれば、必要に応じてどのような方向に設定しても良い。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、段付き軸状部材の小径軸部を高周波誘導加熱する第１の小径軸部加熱導体に、小径軸部の立ち上がり部分から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体（すなわち、小径軸部の立ち上がり部分における第２の小径軸部加熱導体と第３の小径軸部加熱導体との間の間隔を、第１の小径軸部加熱導体及び第３の小径軸部加熱導体の接続部における第２の小径軸部加熱導体と第３の小径軸部加熱導体との間の間隔よりも広くなるように設定し、小径軸部の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に小径軸部から遠ざかるように配置し、小径軸部の立ち上がり部から遠ざけた位置に配置するようにした第３の小径軸部加熱導体）を設けると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部に対応配置される第１の段部加熱導体の円弧の長さ（周長）αと、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部加熱導体の円弧の長さ（周長）βとの関係をα≦βとなるように設定したものであるから、α≦βの設定により、軸径が相対的に小さくて熱容量が相対的に小さい部分である第１の段部よりも、軸径が相対的に大きくて熱容量が相対的に大きい部分である第２の段部への加熱を増大せしめることができる。一方、傾斜状の第３の小径軸部加熱導体を設けて段付き軸状部材の小径軸部（軸立ち上がり部）に対応する小径軸部加熱導体の一部を段付き軸状部材から離すことにより、すなわち、小径軸部の立ち上がり部に対応配置される加熱導体の一部に逃げコイル部分を設けることにより、誘導加熱され易い（すなわち、焼入硬化層の深さが相対的に深くなり易い）小径軸部の立ち上がり部分への加熱が相対的に低減されることとなる。その結果、全体の加熱バランスにおいて段付き軸状部材の座面部に加熱作用を集中させることができ、これにより隅部の焼入硬化層深さを従来の場合よりも深くすることができ、ひいては小径軸部から隅部を経て座面部に至る一連の（一続きの）焼入硬化層の深さを均一化し得て均一な焼入硬化層パターンを得ることができる。これに伴い、耐久性についての最重要部である隅部の焼入硬化層の深さを従来よりも深くすることができるので、段付き軸状部材の強度（特に、ねじり疲労強度）を充分に確保することが可能となる。
【００３０】
また、請求項２に記載の本発明は、前記条件式α≦βを満たすことを前提として、第１の段部加熱導体の円弧の中心角θ１ を４０゜≦θ１ ≦２２０゜とし、第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ２ を５０゜≦θ２ ≦２３０゜としたものであるから、これらの条件の下に前記長さα及びβを設定して焼入処理することにより、実用上の要求強度を満足する段付き軸状部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【図２】図１に示す高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【図３】図１に示す高周波誘導加熱コイルの正面図である。
【図４】傾斜状の第３の小径軸部加熱導体の配設部分を示す斜視図である。
【図５】図１に示す高周波誘導加熱コイルにて段付き軸状部材を焼入処理のために高周波誘導加熱する際の状態を示す断面図である。
【図６】図１に示す高周波誘導加熱コイルを用いて焼入処理した場合に段付き軸状部材の表面に形成される焼入硬化層パターンを示す断面図である。
【図７】被加熱体である段付き軸状部材を示す断面図である。
【図８】従来の高周波誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【図９】図８に示す高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【図１０】図８に示す高周波誘導加熱コイルの正面図である。
【図１１】座面部の幅が広い段付き軸状部材を示す断面図である。
【図１２】図８に示す高周波誘導加熱コイルにて図１１に示す段付き軸状部材を焼入処理のために高周波誘導加熱する際の状態を示す断面図である。
【図１３】図８に示す高周波誘導加熱コイルに磁性材を取付けて焼入処理した場合に段付き軸状部材の表面に形成される焼入硬化層パターンを示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ 第１の段部
１ｂ 第２の段部
２ 段付き軸状部材
３ 小径軸部
４ 大径軸部
５ａ 第１の隅部
５ｂ 第２の隅部
６ａ 第１の座面部
６ｂ 第２の座面部
７ａ 第１の肩部
７ｂ 第２の肩部
３０ 高周波誘導加熱コイル
３４ 第１の小径軸部加熱導体
３５ 第２の小径軸部加熱導体
３６ 第３の小径軸部加熱導体
３９ 第１の段部加熱導体
４１ 第２の段部加熱導体
４３ 座面部加熱導体
Ｓ 焼入硬化層
α 第１の段部加熱導体の円弧の長さ
β 第２の段部加熱導体の円弧の長さ
θ１ 第１の段部加熱導体の円弧の中心角
θ２ 第２の段部加熱導体の円弧の中心角
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１及び第２の段部を有する段付き軸状部材（多段付き軸状部材）を焼入処理等のために高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
等速ジョイントのアウターレースやインボードジョイント等の部品として、段付き軸状部材が用いられている。この種の段付き軸状部材はエンジンの回転を車輪に伝達する重要保安部品であるため、強度についての要求が厳しく、特に段部における隅部（隅Ｒ部とも称される）はねじり疲労強度破壊の起点になる箇所であることから、隅部における焼入硬化層の焼入深さが重要視されている。
【０００３】
図７は、２段の段部１ａ，１ｂを有する段付き軸状部材（多段付き軸状部材）２を示すものである。この種の段付き軸状部材２は、図７示すように、相対的に小さな直径を有する小径軸部３と、相対的に大きな直径を有する大径軸部４とをそれぞれ備え、小径軸部３と大径軸部４との境界箇所に第１及び第２の段部１ａ，１ｂが設けられている。なお、第１の段部１ａは、前記小径軸部３の付け根部分の隅部（隅Ｒ部）５ａと、この隅部５ａに連なる座面部６ａと、この座面部６ａに連なる肩部７ａにて構成されている。また、第２の段部１ｂは、前記肩部７ａに連なる隅部（隅Ｒ部）５ｂと、この隅部５ｂに連なる座面部６ｂと、この座面部６ｂに連なる肩部７ｂにて構成されている。このような段付き軸状部材２については、小径軸部３、第１の段部１ａを構成する隅部５ａ，座面部６ａ及び肩部７ａ、及び第２の段部１ｂを構成する隅部５ｂ，座面部６ｂ及び肩部７ｂにわたって連続する均一な焼入硬化層パターン（焼入深さは、例えば２．０〜５．５ｍｍ程度）を要求される。
【０００４】
また、図８は、上述の段付き軸状部材２を焼入するために従来より用いられている高周波誘導加熱コイル１０を示すものである。この高周波誘導加熱コイル１０は、図８に示すように、段付き軸状部材２の軸線Ｐを中心に１８０゜隔てた位置で段付き軸状部材２の小径軸部３の周面に平行に対向配置される直線形状の２本の小径軸部加熱導体１１，１２と、これらの小径軸部加熱導体１１，１２にそれぞれ接続され、かつ、段付き軸状部材２の軸線Ｐに対して直角に配置されると共に第１の段部１ａの座面部６ａに平行に対応配置される直線形状の２本の段部加熱導体（第１の段部加熱導体）１３，１４と、これらの段部加熱導体１３，１４にそれぞれ接続され、かつ、段付き軸状部材２の軸線Ｐを中心に１８０゜隔てた位置で前記軸線Ｐに対して平行な状態で第１の段部１ａの肩部７ａと第２の段部１ｂの隅部５ｂとの間の軸部部分に対応配置される直線形状の２本の周面加熱導体１５，１６と、これらの周面加熱導体１５，１６の間に接続され、かつ、第２の段部１ｂの座面部６ｂに対して平行な状態でこの座面部６ｂの半円弧部分に沿って対応配置される半円弧形状の段部加熱導体（第２の段部加熱導体）１７とから構成されている。なお、図８において、１８，１９は図外の高周波電源から電流を供給するためのリード導体であり、これらのリード導体１８，１９間には図９及び図１０に示す如く絶縁板２０が介在されるようになっている。
【０００５】
また、図９及び図１０に示すように、上述の高周波誘導加熱コイル１０の特定部分、すなわち第１の段部加熱導体１３，１４及び第２の段部加熱導体１７に珪素鋼板やダストコア等の磁性材（磁束集中材）２１，２２がそれぞれ取付けられ、これにより、段付き軸状部材２の隅部５ａ，５ｂ（磁束密度の関係で最も加熱されにくい部分）の加熱効率の増大が図られるように構成されている。
【０００６】
かくして、段付き軸状部材２を焼入処理するに際しては、高周波誘導加熱コイル１０にて取り囲まれた領域内に被焼入体である段付き軸状部材２の半分部分を配置し、高周波誘導加熱コイル１０と段付き軸状部材２との間に所定の間隔を保った状態の下で段付き軸状部材２をその軸線Ｐを中心に回転させながら高周波誘導加熱コイル１０に高周波電流を流すことにより、段付き軸状部材２の小径軸部３、第１の段部１ａの隅部５ａ，座面部６ａ及び肩部７ａ、並びに第２の段部１ｂの隅部５ｂ，座面部６ｂ及び肩部７ｂの表面を高周波誘導加熱する。次いで、高周波誘導加熱された段付き軸状部材２の加熱部分を冷却液にて急冷することにより、これらの部分の表面に連続する焼入硬化層を形成するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示すように段付き軸状部材２の半径方向における第１の段部１ａの座面部６ａの幅Ｌが広い場合には、この座面部６ａの面積が大きくなることに起因して小径軸部３と座面部６ａとにおける加熱バランスが崩れ、座面部６ａに形成される焼入硬化層Ｓ１ の深さ（焼入深さ）が不均一になると共に、隅部５ａ，５ｂ付近の焼入硬化層深さが前記小径軸部３に形成される焼入硬化層Ｓ２ の深さよりも相対的に浅くなる。そして、これに伴い、第１の段部１ａの隅部５ａの焼入硬化層Ｓ３ の深さ及び第２の段部１ｂの焼入硬化層Ｓ４ の深さが、前記小径軸部３に形成される焼入硬化層Ｓ２ の深さよりも相対的に浅くなる。
【０００８】
このような現象を生じるのは、次のような理由からである。まず、第１の段部１ａの隅部５ａは、図１２に示すように、高周波誘導加熱コイル１０のコイル導体を構成する柱状の小径軸部加熱導体１１，１２と、棒状の段部加熱導体１３，１４とによって高周波誘導加熱されると共に、第２の段部１ｂの隅部５ｂは円弧形状の段部加熱導体によって高周波誘導加熱される。第１の段部１ａの座面部６ａの幅Ｌが広い段付き軸状部材２の場合、焼入硬化層Ｓを各部において均一な深さにするためには、前記座面部６ａの幅Ｌ（ひいては、面積）が広くなるのに対応して小径軸部３に対する座面部６ａの加熱容量を増やすことが必要となる。しかし、座面部６ａは小径軸部３に対して加熱効率が悪く、従って座面部６ａ部分における焼入硬化層Ｓ１ の深さを小径軸部３の焼入硬化層Ｓ２ と同等の深さにするのは難しいのが実状である。そのため、隅部５ａの付近の座面部６ａ部分における焼入硬化層Ｓ１ 深さ、ひいては隅部５ａにおける焼入硬化層Ｓ３ の深さが、小径軸部３における焼入硬化層Ｓ２ の深さよりも浅くなり、焼入硬化層パターンが不均一な深さのパターンとなってしまうのである。
【０００９】
また、単なる円弧形状の段部加熱導体１７によって第２の段部１ｂの隅部５ｂを高周波誘導加熱した場合、この隅部５ｂにおける加熱効率が悪く、従って前記隅部５ｂに形成される焼入硬化層Ｓ４ の深さは相対的に浅くなる。
【００１０】
なお、焼入硬化層パターンが隅部５ａ，５ｂにおいて浅くなるような不具合を解消するための手段としては、既述の如く座面部６ａを高周波誘導加熱する棒状の段部加熱導体１３，１４に珪素鋼板やダストコア等の磁性材２１を配設したり、段部加熱導体１３，１４と座面部６ａとの間の間隔Ｇ（図１３参照）を狭くすることによって、座面部６ａの加熱効率（ひいては隅部５ａの加熱効率）を増大させることが考えられるが、このような手段を採用したとしても座面部６ａについての加熱効率の向上の程度に限界があり、隅部５ａ付近の座面部６ａ部分における焼入硬化層Ｓ１ の深さを小径軸部３における焼入硬化層Ｓ２ の深さほどに深くすることができないのが実状である。また、段部加熱導体１７に珪素鋼板やダストコア等の磁性材２２を配設しても第２の段部１ｂの隅部５ｂに関しては充分に深い焼入硬化層Ｓ４ （図１３参照）を得ることができないのが実状である。
【００１１】
以上のようなことから、幅Ｌが広くて面積の大きな座面部６ａを有する第１の段部１ａ及びこの第１の段部１ａに連なる第２の段部１ｂを有する段付き軸状部材２を従来の高周波誘導加熱コイル１０にて高周波誘導加熱して焼入冷却（焼入処理）しても、特に高い強度が要求される隅部５ａ，５ｂ部分における焼入硬化層Ｓ３ ，Ｓ４ の深さが相対的に浅くなり、段付き軸状部材２に充分な強度を付与することができない場合がある。
【００１２】
なお、上述の如く段付き軸状部材２に設けられた２段の段部１ａ，１ｂを同時に高周波誘導加熱して焼入処理をする場合には、第１の段部１ａの隅部５ａと第２の段部１ｂの隅部５ｂとの加熱容量のバランスを保ちながら第１の段部１ａの隅部５ａの焼入硬化層Ｓ３ の深さを充分に確保する必要がある。
【００１３】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、小径軸部の立ち上がり部の加熱効率を相対的に低減することができると共に、段付き軸状部材の第１及び第２の段部における隅部の焼入硬化層の深さをより深くすることができ、その結果、小径軸部，隅部及び座面部に連続して形成される焼入硬化層の深さの均一化を図ることができるような構成の高周波誘導加熱コイルを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、相対的に小さな直径を有する小径軸部と、相対的に大きな直径を有する大径軸部と、前記小径軸部と大径軸部との間にそれぞれ形成される第１及び第２の段部とをそれぞれ備えた段付き軸状部材を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイルにおいて、
（ａ） 軸回転する段付き軸状部材の軸線を中心に１８０°隔てた位置で前記軸線に対して平行に配置され、かつ、前記小径軸部に対応配置される直線形状の第１及び第２の小径軸部加熱導体と、
（ｂ） 前記第１の小径軸部加熱導体に接続されると共に、前記第１の小径軸部加熱導体に対して屈曲されて前記小径軸部の立ち上がり部分から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体と、
（ｃ） 前記第３の小径軸部加熱導体に接続されると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部に対応配置される円弧形状の第１の段部加熱導体と、
（ｄ） 前記第１の段部加熱導体と前記第２の小径軸部加熱導体との間に接続される と共に、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部に対応配置される円弧形状の第２の段部加熱導体と、
をそれぞれ設け、
前記第１の段部加熱導体の円弧の長さαと前記第２の段部加熱導体の円弧の長βとの関係を、α≦βとなるように設定すると共に、
前記小径軸部の立ち上がり部分における前記第２の小径軸部加熱導体と前記第３の小径軸部加熱導体との間の間隔を、前記第１の小径軸部加熱導体及び前記第３の小径軸部加熱導体の接続部における前記第２の小径軸部加熱導体と前記第３の小径軸部加熱導体との間の間隔よりも広くなるように設定し、
前記第１及び第２の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の１８０°隔てた位置において前記小径軸部に対して平行に配置し、かつ、前記第３の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に前記小径軸部から遠ざかるように配置することにより、前記第３の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の立ち上がり部から遠ざけた位置に配置するようにしている。
また、本発明では、前記条件式α≦βを満たすことを前提として、前記第１の段部加熱導体の円弧の中心角θ1を４０°≦θ1≦２２０°とし、前記第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ2を５０°≦θ2≦２３０°としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。なお、図１〜図６において、図７〜図１３と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル３０を示している。この高周波誘導加熱コイル３０は、段付き軸状部材２の焼入処理時に段付き軸状部材２の小径軸部３、第１の段部１ａ及び第２の段部１ｂを高周波誘導加熱するために使用されるものである。図１に示すように、高周波誘導加熱コイル３０は、一続きのコイル構成体から成る導電性の部品であって、高周波電源３１に接続された第１のリード導体３２ａ，３２ｂ及び第２のリード導体３３ａ，３３ｂと、前記リード導体３２ｂ，３３ｂにそれぞれ接続されると共に、軸回転する段付き軸状部材２の軸線（小径軸部３及び大径軸部４の軸線）Ｐを中心に１８０゜隔てた位置で前記軸線Ｐに対して平行に配置される直線形状の第１及び第２の小径軸部加熱導体３４，３５と、第１の小径軸部加熱導体３４に接続されると共に、小径軸部３の立ち上がり部分（付け根部分）から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体３６と、連結導体３７，３８を介して第３の小径軸部加熱導体３６に接続されると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部１ａに対応配置される円弧形状の第１の段部加熱導体３９と、この第１の段部加熱導体３９に連結導体４０を介して接続されると共に、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部１ｂに対応配置される円弧形状の第２の段部加熱導体４１と、この第２の段部加熱導体４１と第２の小径軸部加熱導体３５との間に連結導体４２を介して接続されると共に、第１の段部１ａの座面部６ａに半径方向に沿って対応配置される直線形状の座面部加熱導体４３とから構成されている。なお、図２，図３及び図４に示すように、第１及び第２のリード導体３２ａ，３３ａ間には絶縁板４４が配設されている。
【００１７】
図１における矢印は、ある瞬間に高周波誘導加熱コイル３０に流れる電流の通電方向を示しており、この際には、高周波電流が高周波電源３１からリード導体３２ａ，３３ｂ、第１の小径軸部加熱導体３４、傾斜状の第３の小径軸部加熱導体３６、連結導体３７，３８、円弧形状の第１の段部加熱導体３９、連結導体４０、円弧形状の第２の段部加熱導体４１、連結導体４２、直線状の座面部加熱導体４３、第２の小径軸部加熱導体３５、及びリード導体３３ｂ，３３ａを順次に流れ、次の瞬間にはこれとは逆の方向に高周波電流が交互に流れるようになっている。
【００１８】
また、本実施形態の高周波誘導加熱コイル３０にあっては、図２及び図３に示すように、円弧形状の第１の段部加熱導体３９に磁性材５０が取付けられると共に、円弧形状の第２の段部加熱導体４１に磁性材５１が取付けられている。さらに、第２の小径軸部加熱導体３５と連結導体４３との間に形成された直角屈曲部分に磁性材５２が取付けられている。かくして、磁性材５０，５１，５２が取付けられた加熱導体部分にて高周波誘導加熱される段付き軸状部材２の第１及び第２の段部１ａ，１ｂの加熱効率（特に、隅部５ａ，５ｂ及び座面部６ａ，６ｂの加熱効率）が増大されるようになっている。
【００１９】
さらに、本実施形態の高周波誘導加熱コイル３０では、図２に示すように、段付き軸状部材２の第１の段部１ａに対応配置されてこの段部１ａを高周波誘導加熱する第１の段部加熱導体３９の円弧の長さ（周長）αと、段付き軸状部材２の第２の段部１ｂに対応配置されてこの段部１ｂを高周波誘導加熱する第２の段部加熱導体４１の円弧の長さ（周長）βとの相互間の関係は、α≦βとなるように設定されている。なお、図２におけるθ１ 及びθ２ は、第１の段部加熱導体３９及び第２の段部加熱導体４１の円弧の中心角である。
【００２０】
また、図４に具体的に示すように、第１の小径軸部加熱導体３４は第２の小径軸部加熱導体３５よりも短く設定されており、第３の小径軸部加熱導体３６が、第１の小径軸部加熱導体３４の下端位置（第１の小径軸部加熱導体３４と第３の小径軸部加熱導体３６との接続部）から第２の小径軸部加熱導体３５の下端位置（第１の段部１ａに対応配置される、第２の小径軸部加熱導体３５の端部）までの垂直距離Ｙ（図３及び図４参照）の領域において既述の如く傾斜状態で配置されている。すなわち、段付き軸状部材２の小径軸部３の立ち上がり部（付け根部）に対応する柱形状の第３の小径軸部加熱導体３６が第１の座面部６ａから垂直距離Ｙだけ離れた（逃げた）箇所で小径軸部３の立ち上がり部から遠ざかる方向に屈曲されて傾斜状態で配置されており、第１の小径軸部加熱導体３４及び前記第３の小径軸部加熱導体３６の接続部と、段付き軸状部材２の第１の段部１ａに対応配置される、第２の小径軸部加熱導体３５の端部（下端部）との間の軸方向領域（軸線Ｐに沿った領域すなわち垂直領域Ｙ）において、第３の小径軸部加熱導体３６が段付き軸状部材２の小径軸部３の立ち上がり部に対して逃げた状態で配置されるようになっている。従って、第３の小径軸部加熱導体３６は、第２の小径軸部加熱導体３５に対向する片側の加熱導体部の一部分において逃げ部として設けられており、これにより第３の小径軸部加熱導体３６による加熱効率が相対的に低く（加熱が弱くなる）ように構成されている。なお、第１の段部１ａにおける隅部５ａの加熱は、主に、第１の段部加熱導体３９、及び、第２の小径軸部加熱導体３５と座面部加熱導体４３とによって形成される屈曲部分により行われると共に、第２の段部１ｂにおける隅部５ｂの加熱は、主に、第２の段部加熱導体４１により行われるようになっている。
また、小径軸部３の立ち上がり部分における第２の小径軸部加熱導体３５と第３の小径軸部加熱導体３６との間の間隔は、第１の小径軸部加熱導体３４及び第３の小径軸部加熱導体３６の接続部における第２の小径軸部加熱導体３５と第３の小径軸部加熱導体３６との間の間隔よりも広くなるように設定されている。そして、加熱時には、第１及び第２の小径軸部加熱導体３４，３５が小径軸部の１８０°隔てた位置において小径軸部３に対して平行に配置され、かつ、第３の小径軸部加熱導体３６が小径軸部３の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に小径軸部３から遠ざかるように配置され、これにより、第３の小径軸部加熱導体３６が小径軸部３の立ち上がり部から遠ざけられた位置に配置されるようになっている。
【００２１】
このような構成の高周波誘導加熱コイル３０を用いて段付き軸状部材２の２段の段部１ａ，１ｂの表面を焼入処理すると、良好な焼入硬化層パターンを得ることができる。具体的には、高周波誘導加熱コイル３０の軸線と段付き軸状部材２の軸線Ｐとが互いに一致するように配置してこれらの間に所定の隙間を保った状態の下で段付き軸状部材２をその軸線Ｐを中心に回転させながら高周波誘導加熱を行ない、その直後に冷却液にて急冷すると、小径軸部３の立ち上がり部分から第１の段部１ａを介して第２の段部１ｂに至るまでの表面領域に一続きの均一な焼入硬化層（強度についての最重要部である第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおいて充分な深さを有する焼入硬化層）Ｓを形成することができる。その理由を述べると、次の通りである。
【００２２】
まず、加熱容量を考慮して、軸径が相対的に大きい第２の段部１ｂを加熱する第２の段部加熱導体４１の円弧の長さβを、軸径が相対的に小さい第１の段部１ａを加熱する第１の段部加熱導体３９の円弧の長さαよりも長く設定するようにしているので（α≦β）、第１の段部１ａ（小径部）よりも第２の段部１ｂ（大径部）への高周波誘導加熱が相対的に増大される。そのため、熱容量が相対的に小さい第１の段部１ａと熱容量が相対的に大きい第２の段部１ｂとの加熱バランスが良くなり、均一に高周波誘導加熱されることとなる。
【００２３】
また、誘導加熱され易い小径軸部３の一部分すなわち小径軸部３の立ち上がり部分（付け根部分；軸立ち上がり部分）を高周波誘導加熱するための加熱導体部分には、小径軸部３の立ち上がり部分（付け根部分）から離れる方向に屈曲された傾斜状の第３の小径軸部加熱導体３６が設けられているので、小径軸部３の加熱効率が相対的に低減され、この第３の小径軸部加熱導体３６の対応範囲すなわち小径軸部３の立ち上がり部分（第３の小径軸部加熱導体３６が傾斜状でなく第１の小径軸部加熱導体３４と直線をなすように配置される場合には焼入硬化層の深さが相対的に深くなる部分）における焼入硬化層が浅くなるように作用する。一方、誘導加熱されにくい座面部６ａ，６ｂ及び隅部５ａ，５ｂを高周波誘導加熱するための第１及び第２の段部加熱導体３９，４１に磁性材５０，５１が取付けられると共に、座面部加熱導体４３に磁性材５２が取付けられているので、座面部６ａ，６ｂ及び隅部５ａ，５ｂの加熱効率が増大される。
【００２４】
その結果、これらの効果が相俟って、第１の段部１ａを構成する小径軸部３，隅部５ａ，座面部６ａ及び肩部７ａ、並びに、第２の段部１ｂを構成する隅部５ｂ，座面部６ｂ及び肩部７ｂにわたって連続した均一な焼入硬化層Ｓ（焼入硬化層パターン）を得ることができる（図６参照）。このようにして得られる焼入硬化層Ｓにあっては、従来のものに比べて第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおける焼入硬化層深さがより深くなり、焼入硬化層Ｓの深さ（焼入硬化層深さ）の均一化が図られる。かくして、耐久性の最重要部である第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおける焼入硬化層深さを増すことにより、段付き軸状部材２の強度（特に、ねじり疲労強度）を上げることができる。
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態の具体的な実施例を示す。
実施例
（１） ワーク ： ＢＪアウターレース
（ａ） 材質 ： Ｓ５３Ｃ
（ｂ） 軸部寸法： φ２４ｍｍ
（ｃ） 肩部寸法： φ５８ｍｍ
（２） 高周波誘導加熱コイル
（ａ） 座面部加熱導体の円弧の長さα ： ４８ｍｍ
（ｂ） 座面部加熱導体の円弧の中心角θ１ ： １１０゜
（ｃ） 肩部加熱導体の円弧の長さβ ： １０７ｍｍ
（ｄ） 肩部加熱導体の円弧の中心角θ２ ： １５０゜
（ｅ） 第３の小径軸部加熱導体の逃げ距離Ｙ ： ２４ｍｍ
（３） 高周波誘導加熱条件
（ａ） 周波数 ： ８ｋＨｚ
（ｂ） 出力 ： １７５ｋＷ
（ｃ） 加熱時間： ５．１ｓｅｃ
（ｄ） 回転数 ： １２０ｒｐｍ
（４） 冷却条件
（ａ） 冷却液 ： ユーコンクエンチャントＡ（８％）
（ｂ） 液温 ： ３０℃
（ｃ） 流量 ： １５０ ｌ／ｍｉｎ
（ｅ） 冷却時間： １５ｓｅｃ
【００２６】
上記の加工条件により段付き軸部２の焼入処理を施した場合の焼入硬化層Ｓの深さは、小径軸部３（スプライン付け根部）において４．８ｍｍ、第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおいて２．４ｍｍであった。なお、従来の高周波誘導加熱コイル１０を用いて段付き軸部２の焼入処理を施した場合の焼入硬化層Ｓの深さは、小径軸部３において６．３ｍｍ、第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおいて１．８ｍｍであった。従って、本発明の高周波誘導加熱コイル３０によれば、小径軸部３における焼入硬化層Ｓ２ の深さが相対的に浅くなると共に、第１及び第２の隅部５ａ，５ｂにおける焼入硬化層Ｓ３ ，Ｓ４ の深さが相対的に深くなるため、焼入硬化層深さの全体としてのバランスが良くなって焼入硬化層パターンの深さを均一化することができることが確認された。
【００２７】
また、第１の段部加熱導体３９の円弧の中心角θ１ 及び第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ２ （図２参照）を適宜に変えて焼入硬化層パターンのデータをとったところ、既述の条件式α≦βを満たすことを前提として、第１の段部加熱導体３９の円弧の中心角θ１ については４０゜≦θ１ ≦２２０゜の範囲とし、第２の段部加熱導体４１の円弧の中心角θ２ については５０゜≦θ２ ≦２３０゜の範囲とした場合に上述の如き効果を最も顕著に得ることができることが判明した。
【００２８】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、第３の小径軸部加熱導体３６の屈曲方向（傾斜方向）は、段付き軸部２の小径軸部３から離れる方向であれば、必要に応じてどのような方向に設定しても良い。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、段付き軸状部材の小径軸部を高周波誘導加熱する第１の小径軸部加熱導体に、小径軸部の立ち上がり部分から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体（すなわち、小径軸部の立ち上がり部分における第２の小径軸部加熱導体と第３の小径軸部加熱導体との間の間隔を、第１の小径軸部加熱導体及び第３の小径軸部加熱導体の接続部における第２の小径軸部加熱導体と第３の小径軸部加熱導体との間の間隔よりも広くなるように設定し、小径軸部の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に小径軸部から遠ざかるように配置し、小径軸部の立ち上がり部から遠ざけた位置に配置するようにした第３の小径軸部加熱導体）を設けると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部に対応配置される第１の段部加熱導体の円弧の長さ（周長）αと、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部加熱導体の円弧の長さ（周長）βとの関係をα≦βとなるように設定したものであるから、α≦βの設定により、軸径が相対的に小さくて熱容量が相対的に小さい部分である第１の段部よりも、軸径が相対的に大きくて熱容量が相対的に大きい部分である第２の段部への加熱を増大せしめることができる。一方、傾斜状の第３の小径軸部加熱導体を設けて段付き軸状部材の小径軸部（軸立ち上がり部）に対応する小径軸部加熱導体の一部を段付き軸状部材から離すことにより、すなわち、小径軸部の立ち上がり部に対応配置される加熱導体の一部に逃げコイル部分を設けることにより、誘導加熱され易い（すなわち、焼入硬化層の深さが相対的に深くなり易い）小径軸部の立ち上がり部分への加熱が相対的に低減されることとなる。その結果、全体の加熱バランスにおいて段付き軸状部材の座面部に加熱作用を集中させることができ、これにより隅部の焼入硬化層深さを従来の場合よりも深くすることができ、ひいては小径軸部から隅部を経て座面部に至る一連の（一続きの）焼入硬化層の深さを均一化し得て均一な焼入硬化層パターンを得ることができる。これに伴い、耐久性についての最重要部である隅部の焼入硬化層の深さを従来よりも深くすることができるので、段付き軸状部材の強度（特に、ねじり疲労強度）を充分に確保することが可能となる。
【００３０】
また、請求項２に記載の本発明は、前記条件式α≦βを満たすことを前提として、第１の段部加熱導体の円弧の中心角θ１ を４０゜≦θ１ ≦２２０゜とし、第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ２ を５０゜≦θ２ ≦２３０゜としたものであるから、これらの条件の下に前記長さα及びβを設定して焼入処理することにより、実用上の要求強度を満足する段付き軸状部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【図２】図１に示す高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【図３】図１に示す高周波誘導加熱コイルの正面図である。
【図４】傾斜状の第３の小径軸部加熱導体の配設部分を示す斜視図である。
【図５】図１に示す高周波誘導加熱コイルにて段付き軸状部材を焼入処理のために高周波誘導加熱する際の状態を示す断面図である。
【図６】図１に示す高周波誘導加熱コイルを用いて焼入処理した場合に段付き軸状部材の表面に形成される焼入硬化層パターンを示す断面図である。
【図７】被加熱体である段付き軸状部材を示す断面図である。
【図８】従来の高周波誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【図９】図８に示す高周波誘導加熱コイルの平面図である。
【図１０】図８に示す高周波誘導加熱コイルの正面図である。
【図１１】座面部の幅が広い段付き軸状部材を示す断面図である。
【図１２】図８に示す高周波誘導加熱コイルにて図１１に示す段付き軸状部材を焼入処理のために高周波誘導加熱する際の状態を示す断面図である。
【図１３】図８に示す高周波誘導加熱コイルに磁性材を取付けて焼入処理した場合に段付き軸状部材の表面に形成される焼入硬化層パターンを示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ 第１の段部
１ｂ 第２の段部
２ 段付き軸状部材
３ 小径軸部
４ 大径軸部
５ａ 第１の隅部
５ｂ 第２の隅部
６ａ 第１の座面部
６ｂ 第２の座面部
７ａ 第１の肩部
７ｂ 第２の肩部
３０ 高周波誘導加熱コイル
３４ 第１の小径軸部加熱導体
３５ 第２の小径軸部加熱導体
３６ 第３の小径軸部加熱導体
３９ 第１の段部加熱導体
４１ 第２の段部加熱導体
４３ 座面部加熱導体
Ｓ 焼入硬化層
α 第１の段部加熱導体の円弧の長さ
β 第２の段部加熱導体の円弧の長さ
θ１ 第１の段部加熱導体の円弧の中心角
θ２ 第２の段部加熱導体の円弧の中心角
Claims (2)
- 相対的に小さな直径を有する小径軸部と、相対的に大きな直径を有する大径軸部と、前記小径軸部と大径軸部との間にそれぞれ形成される第１及び第２の段部とをそれぞれ備えた段付き軸状部材を高周波誘導加熱するための高周波誘導加熱コイルにおいて、
（ａ） 軸回転する段付き軸状部材の軸線を中心に１８０°隔てた位置で前記軸線に対して平行に配置され、かつ、前記小径軸部に対応配置される直線形状の第１及び第２の小径軸部加熱導体と、
（ｂ） 前記第１の小径軸部加熱導体に接続されると共に、前記第１の小径軸部加熱導体に対して屈曲されて前記小径軸部の立ち上がり部分から離れる方向に傾斜された第３の小径軸部加熱導体と、
（ｃ） 前記第３の小径軸部加熱導体に接続されると共に、相対的に小径の軸部分に設けられる第１の段部に対応配置される円弧形状の第１の段部加熱導体と、
（ｄ） 前記第１の段部加熱導体と前記第２の小径軸部加熱導体との間に接続される と共に、相対的に大径の軸部分に設けられる第２の段部に対応配置される円弧形状の第２の段部加熱導体と、
をそれぞれ設け、
前記第１の段部加熱導体の円弧の長さαと前記第２の段部加熱導体の円弧の長βとの関係を、α≦βとなるように設定すると共に、
前記小径軸部の立ち上がり部分における前記第２の小径軸部加熱導体と前記第３の小径軸部加熱導体との間の間隔を、前記第１の小径軸部加熱導体及び前記第３の小径軸部加熱導体の接続部における前記第２の小径軸部加熱導体と前記第３の小径軸部加熱導体との間の間隔よりも広くなるように設定し、
前記第１及び第２の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の１８０°隔てた位置において前記小径軸部に対して平行に配置し、かつ、前記第３の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の立ち上がり部に近づくにつれて徐々に前記小径軸部から遠ざかるように配置することにより、前記第３の小径軸部加熱導体を前記小径軸部の立ち上がり部から遠ざけた位置に配置するようにしたこと、
を特徴とする高周波誘導加熱コイル。 - 前記条件式α≦βを満たすことを前提として、前記第１の段部加熱導体の円弧の中心角θ1を４０°≦θ1≦２２０°とし、前記第２の段部加熱導体の円弧の中心角θ2を５０°≦θ2≦２３０°としたことを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイル。
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