JP3801798B2

JP3801798B2 - 大型軸材焼入れの誘導加熱コイル

Info

Publication number: JP3801798B2
Application number: JP36835398A
Authority: JP
Inventors: 順一府高; 宏長谷川
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000195654A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として大型減速機の軸材やロールなどの大径軸材の表面焼入れにおける軸外周加熱の誘導加熱コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小径の軸材の外周表面焼入れにおいては、軸径に沿ってコイルが巻かれたマルチターンの巻線型コイルが多く使用される。しかし、大径の軸材の表面焼入れにおいては、巻線型コイルではコイル径が大きくなるため、図３に示すような軸方向に平行に配設された軸方向誘導子４２，４４，４６，４８により誘導加熱する加熱コイル（以下直線型加熱コイルと称する）が使用されている。このような従来の直線型加熱コイルは、通常加熱面円周の半円面を加熱するように（被加熱体は回転しながら加熱される）、軸方向導体は４本で構成されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の直線型加熱コイルでは、被焼入れ軸体の外径が非常に大きくなると、十分な加熱負荷をかけることが困難なため、加熱温度の部分的むらが生じたり、加熱時間が長くなり熱効率が低下するという問題点があった。特に合金鋼よりも焼きの入り難い、ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃなどのような炭素鋼の場合には、加熱時間が増すと熱ロスが生じ焼入れ硬さが得られ難いという問題点があり、短時間加熱が望まれた。
【０００４】
この欠点を改善するために、従来は図４に示すように軸方向導体４４，４８の断面を大きくした。しかし、軸方向導体の断面を大きくすると漏洩電流が増すために、なお十分な加熱負荷をかけることが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、大径の軸材の焼入れにおいても、軸方向導体の断面を大きくしないで大きな熱負荷をかけることができ、効率よく短時間加熱できる大型軸材焼入れの誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の大型軸材焼入れの誘導加熱コイルは、大型軸材の外周に軸方向に延長し、円周方向に近接して配置された２本のＡ，Ｂの１対の軸方向導体を軸方向誘導子として、同円周方向に第１〜第４の４対の該軸方向誘導子を被加熱軸外周を取り巻いて４か所に配設し、それぞれ被加熱軸外周を取り巻く円弧状導体により、第１Ａ導体の一端に入力端子を接続しその他端を第４Ｂ導体の他端に接続し、該第４Ｂ導体の一端を第３Ａ導体の一端に接続し、該第３Ａ導体の他端を第２Ｂ導体の他端に接続し、該第２Ｂ導体の一端を第１Ｂ導体の一端に接続し、該第１Ｂ導体の他端を第２Ａ導体の他端に接続し、該第２Ａ導体の一端を第３Ｂ導体の一端に接続し、該第３Ｂ導体の他端を第４Ａ導体の他端に接続し、該第４Ａ導体の一端に出力端子を接続し、それぞれの１対の軸方向誘導子の２本の軸方向導体には同一方向に電流が流れるようにして、すべての軸方向導体が一筆書きに接続されたことを特徴とするものである。
【０００７】
即ち、従来のコイルのように、断面の大きい１本の軸方向導体により誘導電流を付加するのでなく、近接して配置した断面の小さい２本の軸方向導体を１対にして、円周方向の４か所に配設し、この２本の導体に同一方向に電流を流すことにより１本の導体より効率的に熱負荷を高めるものである。即ち、円周の４か所を２本１対の８本の軸方向導体で加熱するので、従来より高速加熱が可能になる。
【０００８】
また、本発明の誘導加熱コイルは、前記４対、８本の軸方向導体を一筆書きに接続しているので、電源との接続、コイルの設置が容易で均一な加熱ができる。
【０００９】
また、本発明の大型軸材焼入れの誘導加熱コイルは、段付き軸材外周面焼入れの誘導加熱コイルにおいて、前記それぞれの軸方向導体が被加熱軸外周を取り巻く短弧状導体により接続されて前記一筆書きの接続が形成され、該短弧状導体が円弧状誘導子を形成して軸段部を誘導加熱するように配設することもできる。
【００１０】
即ち、本発明の誘導加熱コイルは、前記軸方向導体を軸材の軸段部を誘導加熱する短弧状導体で一筆書きに接続され、この短弧状導体が軸段部を加熱する円弧状誘導子を形成するので、軸の段差及びＲ部も完全に加熱焼入れされる。
【００１１】
軸段のＲ部まで完全に加熱焼入れするために、前記短弧状導体の断面は、被加熱段軸Ｒ部に対応する内周側が外周側より薄いくさび型をなすことが、望ましい。このくさび型は、通常くさびの先端部が段軸Ｒ部に対応させたＲを有し、軸に直角な底面と加熱面に平行な垂直面を有する直角三角形の形状にされるが、必ずしも直角三角形にこだわらない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の大型軸材焼入れの誘導加熱コイルの構造を示す斜視図、図２は図１の上面図である。図５は本実施例に用いた被加熱軸体の１例を示す図である。
【００１３】
これらの図において、４対の軸方向誘導子１１，１２，１３および１４（それぞれ第１、第２、第３、第４誘導子という）が被加熱軸体Ｗの外周円周方向の４か所に等分して配設されている。この軸方向誘導子１１，１２，１３，１４は、それぞれ近接して平行に配設された２本、１対の軸方向導体１１Ａ，１１Ｂ…（それぞれ第１、第２導体という）により構成されている。各軸方向導体１１Ａ，１１Ｂ…の下端はそれぞれ４個の短弧状導体２１，２２，２３，および２４に接続され、上端は３個の短弧状導体３２，３３，３４とリードバー３６，３７に連結される短弧状導体３１，３５に後述するように接続されている。
【００１４】
本実施形態では、被加熱軸体Ｗは図５に示すように多段の段付き軸であるため、各軸方向導体１１Ａ，１１Ｂ…は被加熱軸体Ｗの各軸段の外周面に沿う階段形状に曲げられている。被加熱軸体Ｗが無段軸の場合には軸方向導体１１Ａ，１１Ｂ…は直線形でよく、また、被加熱軸体Ｗがテーパー体の場合には、軸方向導体１１Ａ，１１Ｂ…は平行でなくテーパー面の軸方向に沿って配設するようにしてもよい。
【００１５】
軸方向誘導子１１，１２，１３，１４の、それぞれ１対の第１、第２導体１１Ａ，１１Ｂ…は同一方向に電流が流れるようにして一筆書きに接続されている。即ち、図１に示すように、第１誘導子１１の第１導体１１Ａの上端は一端がリードバー３６に接続される短弧状導体３１の他端に接続され、下端は、一端が第４誘導子１４の第２導体１４Ｂに接続される短弧状導体２４の他端に接続される。また、第１誘導子１１の第２導体１１Ｂの上端は短弧状導体３２の一端に接続され、その下端は短弧状導体２４の一端に接続される。
【００１６】
第２誘導子１２の第１導体１２Ａの上端は短弧状導体３３の一端に接続され、その下端は一端が第１誘導子１１の第２導体１１Ｂの下端に接続された短弧状導体２１の他端に接続される。また、第２誘導子１２の第２導体１２Ｂの上端は、一端が第１誘導子１１の第２導体１１Ｂの上端に接続された短弧状導体３２の他端に接続される。その下端は短弧状導体２２の一端に接続される。
【００１７】
第３誘導子１３の第１導体１３Ａの上端は短弧状導体３４の一端に接続され、その下端は一端が第２誘導子１２の第２導体１２Ｂの下端に接続された短弧状導体２２の他端に接続される。また、第３誘導子１３の第２導体１３Ｂの上端は、一端が第２誘導子１２の第１導体１２Ａの上端に接続された短弧状導体３３の他端に接続され、その下端は短弧状導体２３の一端に接続される。
【００１８】
第４誘導子１４の第１導体１４Ａの上端は他端がリードバー３７に接続された短弧状導体３５の一端に接続され、その下端は一端が第３誘導子１３の第２導体１３Ｂの下端に接続された短弧状導体２３の他端に接続される。また、第４誘導子１４の第２導体１４Ｂの上端は一端が第３誘導子１３の第１導体１３Ａの上端に接続された短弧状導体３４の他端に接続される。
【００１９】
上記接続構成によって、図１の矢印に示すように、電流はリードバー３６−短弧状導体３１−第１誘導子１１の第１導体１１Ａ−短弧状導体２４−第４誘導子１４の第２導体１４Ｂ−短弧状導体３４−第３誘導子１３の第１導体１３Ａ−短弧状導体２２−第２誘導子１２の第２導体１２Ｂ−短弧状導体３２−第１誘導子１１の第２導体１１Ｂ−短弧状導体２１−第２誘導子１２の第１導体１２Ａ−短弧状導体３３−第３誘導子１３の第２導体１３Ｂ−短弧状導体２３−第４誘導子１４の第１導体１４Ａ−短弧状導体３５−リードバー３７の順に流れる。これにより、各軸方向誘導子１１，１２，１３，１４の、それぞれ１対の第１、第２導体１１Ａ，１１Ｂ…などには同一方向に電流が流れ、かつすべての軸方向導体に一筆書きに電流が流れるように構成される。
【００２０】
ここで、下端側の短弧状導体２１，２２，２３，２４の断面は図６に示すようにくさびの先端が段軸Ｒ部に対応するＲを有し、外周側が厚く内周側が薄いくさび形をなしている。これによって、短弧状導体２１，２２，２３，２４が円弧状誘導子を形成し、くさび形の形状とともに被加熱段付き軸体の段差及びＲ部まで加熱される。
【００２１】
上記構成の誘導加熱コイルに、図５に示すように段付き軸の外周面と軸方向誘導子１１，１２，１３，１４との間に所定の隙間ができるようにして被加熱軸体Ｗを装入する。この状態で、図示しない駆動手段により被加熱軸体Ｗを回転しながら誘導加熱コイル１０に通電すると、軸方向誘導子１１，１２，１３，１４により被加熱軸面が均一に誘導加熱される。
【００２２】
このとき、それぞれの軸方向誘導子の１対の軸方向導体１１Ａ，１１Ｂ…には同一方向に電流が流れるので２本の導体によって同時に誘導加熱されることになり、１本づつは小断面の導体でも大きな電流を付加することができ、大きな熱負荷をかけることができる。
【００２３】
また、本実施形態では、軸円周の４か所に８本の導体が配設されて誘導子を構成することになるので、半円づつ加熱する従来の加熱コイルに比し２倍の負荷をかけることができ大型軸材の加熱においても急速加熱ができる。
【００２４】
また、下部側の短弧状導体２１，２２，２３，２４が円弧状誘導子を形成して被加熱段軸のＲ部を加熱するので、段差及びＲ部まで完全に焼入れされて曲げ疲労強度を向上させる。
【００２５】
【実施例】
図５に示す寸法の大型の段付き軸材を従来の加熱コイルと本発明の加熱コイルを用いて以下の条件で加熱実験を行った。なお、いずれの加熱コイルも図５に示すように軸方向誘導子にケイ素鋼板のコアを使用した。
周波数３ｋＨｚ
電力６００ｋＷ
焼入れ温度９８０℃
【００２６】
その結果、焼入れ温度に達する時間が従来コイルでは３０ｓｅｃかかったが、本発明加熱コイルでは２０ｓｅｃに短縮され作業能率が向上した。
【００２７】
なお、本実施形態では、軸方向誘導子を軸円周の４か所に配設したが、軸径が小型の場合には３か所でもよい。また、さらに大型の軸材の加熱の場合には５か所以上にすることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の大型軸材焼入れの誘導加熱コイルによれば、軸方向に延長された２本の軸方向導体を１対にした軸方向誘導子を、被加熱面円周の４か所に配設して誘導加熱するので、従来の直線型誘導子により加熱する加熱コイルに倍する電流負荷をかけることができ、大型軸材の加熱においても急速加熱が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の大型軸材焼入れの誘導加熱コイルの斜視図である。
【図２】図１の誘導加熱コイルの上面図である。
【図３】従来の誘導加熱コイルの斜視図である。
【図４】図３の誘導加熱コイルの上面図である。
【図５】被加熱軸材の１例を示す図である。
【図６】本発明実施形態の大型軸材焼入れの誘導加熱コイルの下部円弧状誘導子の断面を示す図である。
【符号の説明】
１０誘導加熱コイル
１１，１２，１３，１４第１、第２、第３、第４誘導子（軸方向誘導子）
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ第１導体（軸方向導体）
１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂ第２導体（軸方向導体）
２１，２２，２３，２４短弧状導体（円弧状誘導子）
３１，３２，３３，３４，３５短弧状導体
３６，３７リードバー
Ｗ被加熱軸体

Claims

大型軸材の外周に軸方向に延長し、円周方向に近接して配置された２本のＡ，Ｂの１対の軸方向導体を軸方向誘導子として、同円周方向に第１〜第４の４対の該軸方向誘導子を被加熱軸外周を取り巻いて４か所に配設し、それぞれ被加熱軸外周を取り巻く円弧状導体により、第１Ａ導体の一端に入力端子を接続しその他端を第４Ｂ導体の他端に接続し、該第４Ｂ導体の一端を第３Ａ導体の一端に接続し、該第３Ａ導体の他端を第２Ｂ導体の他端に接続し、該第２Ｂ導体の一端を第１Ｂ導体の一端に接続し、該第１Ｂ導体の他端を第２Ａ導体の他端に接続し、該第２Ａ導体の一端を第３Ｂ導体の一端に接続し、該第３Ｂ導体の他端を第４Ａ導体の他端に接続し、該第４Ａ導体の一端に出力端子を接続し、それぞれの１対の軸方向誘導子の２本の軸方向導体には同一方向に電流が流れるようにして、すべての軸方向導体が一筆書きに接続されたことを特徴とする大型軸材焼入れの誘導加熱コイル。