JP3669542B2

JP3669542B2 - 誘導加熱コイル

Info

Publication number: JP3669542B2
Application number: JP26854697A
Authority: JP
Inventors: 三男東
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JPH11111443A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定方向に延びる底壁とこの底壁の幅方向両端部それぞれから立ち上がった一対の側壁とを備えた被加熱物を高周波焼入れする際に用いられる誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、誘導加熱を利用して金属部材などの被加熱物を加熱する技術が知られている。誘導加熱を利用して金属部材を加熱した後は、この金属部材を急冷したり加工したりするなど、目的に応じた作業が行われる。金属部材などの被加熱物には様々な形状をしたものがあり、このような様々な形状の被加熱物を誘導加熱する際には一般に、被加熱物の形状に応じた誘導加熱コイルが使用される。
【０００３】
被加熱物の一つとして、所定方向に延びる底壁と、この底壁の幅方向両端部それぞれから立ち上がった一対の側壁とを備え、横断面が略「Ｕ」字状の金属部材が挙げられる。この金属部材の側壁の内面を誘導加熱して急冷する（高周波焼入れする）に当っては、一般に、焼入れ後の歪を小さくするために側壁の内面と外面を同時に加熱して急冷している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被加熱物の材質や成型法によっては、高周波焼入れ後に、図７（ａ）に示すように、金属部材１０の底壁１２及び側壁１４，１６双方の長手方向中央部が長手方向両端部よりも高くなるように金属部材１０の全体が弓なりに反る（正曲りする）ことがある。また、図７（ｂ）に示すように、金属部材１０の底壁１２及び側壁１４，１６双方の長手方向中央部が長手方向両端部よりも低くなるように金属部材１０の全体が弓なりに反る（逆曲りする）こともある。
【０００５】
このように高周波焼入れ後に正曲りや逆曲りが発生した場合は、通常、金属部材１０を焼戻した後に矯正して曲りを無くす。しかし、逆曲りが発生した金属部材１０を矯正すると、この金属部材１０が折損する可能性が高い。この理由は、焼入れされた側壁１４，１６の内面が矯正の際に引っ張られるからである。従って、横断面が略「Ｕ」字状の長尺な金属部材を高周波焼入れする際には、曲りが発生しないか、もしくは、正曲りが発生するように高周波焼入れすることが望まれる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、横断面が略「Ｕ」字状であって所定方向に延びる金属部材を高周波焼入れする際に逆曲りを防止できる誘導加熱コイル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本発明の誘導加熱コイルは、所定方向に延びる底壁と、この底壁の幅方向両端部それぞれから立ち上がった一対の側壁とを備えた被加熱物を高周波焼入れする際にこの被加熱物を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（１）上記一対の側壁それぞれに沿って上記所定方向に延びる一対の平行部とこれら一対の平行部をつなぐ「コ」字状の導体部とを有するベース導体部
（２）上記側壁の内面の上部に向き合うと共にこの側壁に沿って上記所定方向に延びる、上記ベース導体部の上記平行部それぞれに並列に取り付けられた一対の第１導体部と
（３）上記側壁の内面の下部に向き合って上記所定方向に延びる、上記一対の平行部それぞれから外側斜め下に向けて突出した一対の第２導体部
を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１の誘導加熱コイルを用いて金属部材を誘導加熱している状態を示す模式図である。
【００１０】
銅製の誘導加熱コイル２０は全体として鞍骨（鞍の骨組みをなす部分）のような形をしており、矢印Ａ方向（本発明にいう所定方向の一例である）の先端には、「コ」字状の先端導体部２８が形成されている。また、矢印Ａ方向の後端には、同じく「コ」字状の後端導体部３８が形成されている。ここでは、「コ」字の開口が下になっている。
【００１１】
先端導体部２８は、互いにほぼ平行な一対の脚部２２，２４とこの脚部２２，２４の上端どおしを接続する第１接続部２６からなる。一方、後端導体部３８も同様に、互いにほぼ平行な一対の脚部３２，３４とこの脚部３２，３４の上端どおしを接続する第２接続部３６からなる。第２接続部３６の中央部には絶縁材４０が挟み込まれており、この絶縁材４０によって第２接続部３６はその中央部で電気的に絶縁されている。また、第２接続部３６の上面３６ａには、絶縁材４０を挟んで一対の端子部４２，４４が形成されており、これら端子部４２，４４を介して誘導加熱コイル２０が高周波電源（図示せず）に接続されている。
【００１２】
先端導体部２８の脚部２２の下端と後端導体部３８の脚部３２の下端とは、矢印Ａ方向に延びる第１平行部４６で接続されている。また、先端導体部２８の脚部２４の下端と後端導体部３８の脚部３４の下端とは、矢印Ａ方向に延びる第２平行部４８で接続されている。これら第１平行部４６と第２平行部４８は、本発明にいう一対の平行部の一例である。また、ここでは、先端導体部２８、後端導体部３８、及び第１及び第２平行部４６，４８等によって、本発明にいうベース導体部が構成されている。
【００１３】
第１及び第２平行部４６，４８それぞれの下端には、外側斜め下に向けて突出した状態で矢印Ａ方向に延びる第２導体部５０，５２が形成されている。これら第２導体部５０，５２には、横断面がほぼ正方形であって、第２導体部５０，５２自身を冷却する冷却液が流れる流路５０ａ，５２ａが内部に形成されている。ここでは第２導体部５０，５２によって本発明にいう一対の第２導体部が構成されている。なお、第１及び第２平行部４６，４８と第２導体部５０，５２は、図２のように正面から視ると、「ハ」字状をなしている。また、第２導体部５０，５２の断面形状を円形や楕円形、三角形などにしてもよい。
【００１４】
先端導体部２８の脚部２２及び後端導体部３８の脚部３２双方の外壁面には、板状の一枚の第１導体部５４が第１平行部４６に並列に取り付けられている。また、先端導体部２８の脚部２４及び後端導体部３８の脚部３４双方の外壁面にも板状の一枚の第１導体部５６が第２平行部４８に並列に取り付けられているが、図１では、誘導加熱コイル２０の全体を示すためにこの第１導体部５６が省略されている。これら第１導体部５４，５６によって本発明にいう一対の第１導体部が構成されている。
【００１５】
上述した誘導加熱コイル２０で誘導加熱される被加熱物は、図２に示すように、矢印Ａ方向（図２の紙面に垂直な方向）に延びて横断面が略「Ｕ」字状の金属部材６０である。この金属部材６０は、矢印Ａ方向に延びる底壁６２と、この底壁６２の幅方向両端部それぞれから立ち上がって矢印Ａ方向に延びる一対の側壁６４，６６を有する。
【００１６】
金属部材６０を誘導加熱コイル２０で誘導加熱するに際しては、図２に示すように側壁６４，６６の内面６４ａ，６６ａに第１導体部５４，５６の下部（角部）や第２導体部５０，５２を向き合わせて、矢印Ａ方向に所定速度で移動させる。ここでは、第１導体部５４，５６の角部５４ａ，５６ａが、側壁６４，６６の内面の上部６４ｂ，６６ｂを誘導加熱するのに適切な間隔だけ離れてこの上部６４ｂ，６６ｂに向き合う。この結果、内面の上部６４ｂ，６６ｂには角部５４ａ，５６ａによって交番磁束が集中するので、上部６４ｂ，６６ｂが集中的に加熱される。また、第２導体部５０，５２が、側壁６４，６６の内面の下部６４ｃ，６６ｃを誘導加熱するのに適切な間隔だけ離れて下部６４ｃ，６６ｃに向き合う。この結果、第２導体部５０，５２によって内面の下部６４ｃ，６６ｃが誘導加熱される。
【００１７】
一方、先端導体部２８の脚部２２，２４、後端導体部３８の脚部３２，３４、第１及び第２平行部４６，４８それぞれは、側壁６４，６６の内面６４ａ，６６ａに向き合ってはいるものの、内面６４ａ，６６ａを誘導加熱するには間隔が離れ過ぎている。このため、脚部２２，２４，３２，３６と第１及び第２平行部４６，４８を流れる交流電流によっては内面６４ａ，６６ａに交番磁束が生成せず、これら内面６４ａ，６６ａが誘導加熱されない。
【００１８】
このように、ここでは、側壁６４，６６の内面６４ａ，６６ａのうち、上部６４ｂ，６６ｂと下部６４ｃ，６６ｃだけを誘導加熱するようにしたので、内面６４ａ，６６ａの全体が加熱されることが無く、内面６４ａ，６６ａを局所的に加熱できることとなる。
【００１９】
図３、図４を参照して、上記の誘導加熱コイル２０を用いて金属部材６０を高周波焼入れした実験結果を説明する。
【００２０】
図３は、高周波焼入れされた金属部材を示す断面図であり、図４は、金属部材の硬さ分布を示すグラフである。これらの図では、図１、図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。また、図４では、白丸で示す硬さ分布は図３におけるａ方向の硬さ分布、四角で示す硬さ分布は図３におけるｂ方向の硬さ分布、三角で示す硬さ分布は図３におけるｃ方向の硬さ分布、×で示す硬さ分布は図３におけるｄ方向の硬さ分布である。
【００２１】
金属部材６０の材質はＳ５５Ｃ（ＪＩＳ規格）であり、底壁６２の幅Ｗは８０ｍｍ、側壁６４，６６の高さＨは１２ｍｍである。また、底壁６２、側壁６４，６６ともに肉厚は約１０ｍｍである。側壁６４，６６の内面を誘導加熱する際の高周波電源の周波数を８０ｋＨｚ、出力を９１ｋＷとして、移動速度６．５ｍｍ／秒で移動焼入れをした。
【００２２】
図４に示すように、側壁６４，６６の内面の上部６４ｂ，６６ｂでは、２．０ｍｍの深さでの硬さがＨＶ５００を超えており、ここでは規格を満足した。また、側壁６４，６６の内面の下部６４ｃ，６６ｃでは、１．５０ｍｍの深さでの硬さがＨＶ５００を超えており、ここでは規格を満足した。
【００２３】
また、金属部材６０を２０個作製し、上述した条件で高周波焼入れした後に変形を調べた。図５に変形量を測定した手法を示し、図６に変形量の測定結果を示す。なお、金属部材６０の長さＬは９００ｍｍである。
【００２４】
金属部材６０の変形量を測定するに当っては、固定台７０に固定されたダイヤルゲージ７２を金属部材６０の側壁６４の頂面に当接しながら長手方向（矢印Ｂ方向）に順次に移動した。側壁６４の長手方向の一端６４ｄを基準（０）にして、ダイヤルゲージ７２の振れの最大値（＋側）もしくは最小値（−側）を測定した。ダイヤルゲージ７２が＋側に振れた場合は正曲りであり、−側に振れた場合は逆曲りである。結果を図６に示す。
【００２５】
図６に示すように、２０個の金属部材６０の全てが、図７（ａ）に示す正曲りとなり、しかも３．０ｍｍ以下の変形量であり、図７（ｂ）に示す逆曲りは生じなかった。このように誘導加熱コイル２０を用いて高周波焼入れした場合、側壁６４，６６の内面の上部６４ｂ，６６ｂと下部６４ｃ，６６ｃだけが集中的に加熱された後に急冷されるので、金属部材６０が変形量の少ない正曲りとなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘導加熱コイルを用いて横断面が略「Ｕ」字状であって所定方向に延びる被加熱物を高周波焼入れすると、一対の第１導体部によって一対の側壁の内面のうちの上部のみが誘導加熱されると同時に、一対の第２導体部によって一対の側壁の内面のうちの下部のみが誘導加熱された後に急冷されるので、この上部及び下部のみが硬化されることとなり被加熱物の逆曲りを防止でき、正曲りもしくはほとんど変形無しにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の誘導加熱コイルを用いて金属部材を誘導加熱している状態を示す模式図である。
【図３】高周波焼入れされた金属部材を示す断面図である。
【図４】金属部材の硬さ分布を示すグラフである。
【図５】変形量を測定する手法を示す模式図である。
【図６】変形量の測定結果を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、横断面が略「Ｕ」字状の金属部材が正曲りした状態を示す模式図であり、（ｂ）は逆曲りした状態を示す模式図である。
【符号の説明】
２０誘導加熱コイル
２８先端導体部
３８後端導体部
５０，５２第２導体部
５４，５６第１導体部
６０金属部材
６２底壁
６４，６６側壁

Claims

所定方向に延びる底壁と、該底壁の前記所定方向に直交する幅方向の両端部それぞれから立ち上がった一対の側壁とを備えた被加熱物を高周波焼入れする際に該被加熱物を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記一対の側壁の内面の下部それぞれに沿って前記所定方向に延びる一対の平行部、これら一対の平行部の長手方向先端部を電気的に接続する先端導体部、及びこれら一対の平行部の長手方向後端部をそれぞれ高周波電源に接続する後端導体部を有するベース導体部と、
前記側壁の内面の上部に向き合うと共に該側壁に沿って前記所定方向に延びると共に前記ベース導体部の前記一対の平行部それぞれに電気的に接続して並列に取り付けられた一対の第１導体部と、
前記側壁の内面の下部に向き合って前記所定方向に延びると共に前記一対の平行部それぞれから外側斜め下に向けて突出して、前記一対の平行部それぞれに電気的に接続された一対の第２導体部とを備え、
高周波電源から前記後端導体部を経由して前記一対の第１導体部及び前記一対の第２導体部に交流電流を流すことにより、前記被加熱物のうち前記一対の第１導体部に向き合う部分、及び前記一対の第２導体部に向き合う部分だけを誘導加熱することを特徴とする誘導加熱コイル。