JP4121280B2 - 高周波加熱方法および高周波加熱コイル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波加熱方法および高周波加熱コイルに関し、一層詳細には、エンジンバルブ等のように異なった半径を有する複数の円形状ワークの周縁を加熱して焼入れ処理する際に、単一の高周波加熱コイルによって加熱することを可能とする高周波加熱方法および高周波加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、異なった半径を有する複数の円形状ワークの周縁を加熱する際には、該円形状ワークの種類に応じて、すなわち、異なる半径を有するワークに対し、それぞれ同心状に対応させた加熱導体部を有する高周波加熱コイルが用いられている。
【０００３】
この種の高周波加熱コイルとして、例えば、実開平３−９９７５３号公報に開示された従来技術を挙げることができる。
【０００４】
図５に示されるように、この従来技術に係る高周波加熱コイル１は、異なった半径Ｒ２、Ｒ３を有する円形状ワーク２、３のそれぞれの周縁２ａ、３ａに同心状に対応させた円弧状の加熱導体部４、５を備えている。
【０００５】
前記加熱導体部４と５とは直列的に一体化され、リード線６を介して制御手段を含む高周波電源７に接続されている。そして、加熱導体部４が小径な円形状ワーク２の周縁２ａに対して所定の位置に位置決めされるか、または、加熱導体部５が大径な円形状ワーク３の周縁３ａに対して所定の位置に位置決めされ、前記高周波電源７から加熱導体部４および５へ電流を通電することによって前記周縁２ａまたは３ａが加熱される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術に係る高周波加熱コイル１では、加熱すべき円形状ワーク２、３の半径、すなわち前記半径Ｒ２、Ｒ３のそれぞれに対応させた加熱導体部４、５を備える必要がある。
【０００７】
一方、前記円形状ワーク２、３とは、さらに異なった半径を有する円形状ワークを加熱する場合には、該異なった半径の加熱導体部を前記高周波加熱コイル１に追加して設けた高周波加熱コイルを製作するか、あるいは、新たに別の高周波加熱コイルを製作しなければならない。
【０００８】
このように、異なる半径寸法を有する多種の円形状ワークが増加してくると、前記従来技術に係る高周波加熱コイル１だけでは、必要なすべての種類のワークには対応することができない。このため、該円形状ワークのそれぞれの半径に対応させた高周波加熱コイルをいくつも製作する必要があり、その結果、高周波加熱コイルの製作費用が増大するという問題がある。
【０００９】
また、円形状ワーク２、３の製造工程において、加熱して焼入れ処理する工程では、円形状ワークの種類替えに伴って、前記高周波加熱コイル１をその種類用の高周波加熱コイルに取り替える必要があり、このため、生産を一時停止しなければならない。且つ、この取り替えのための作業時間が必要になるので、円形状ワークの生産性が著しく阻害される。
【００１０】
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、異なった半径を有する複数の円形状ワークを加熱して加工する際に、高周波加熱コイルの製作費用を低減することが可能であり、且つ円形状ワークの種類に対応する高周波加熱コイルの取り替えを不要とし、その結果、円形状ワークの生産性を向上させることが可能な高周波加熱方法および高周波加熱コイルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波加熱方法は、異なった半径を有する複数の円形状ワークの高周波加熱方法であって、最小半径の円形状ワークを加熱するために、該円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第１の円弧状加熱導体部と、最大半径の円形状ワークを加熱するために、該円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第２の円弧状加熱導体部と、前記最小半径の円形状ワークと前記最大半径の円形状ワークの間の半径を有する円形状ワークを加熱するために、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の間に形成される第３の加熱導体部と、を有し、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の中心は前記第１と第２の円弧の線対称の中心である同一の仮想中心線上に離間配置され、前記第３の加熱導体部は前記第１と第２の円弧状加熱導体部のそれぞれの円弧を結んだ２つの湾曲線又は共通接線に沿って設けられて、前記各加熱導体部が一体に形成される高周波加熱コイルを用いて、前記各円形状ワークに対して前記高周波加熱コイルを位置決めする工程と、電圧または電流を調整して前記高周波加熱コイルに供給する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る高周波加熱コイルは、最小半径の円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第１の円弧状加熱導体部と、最大半径の円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第２の円弧状加熱導体部と、前記最小半径の円形状ワークと前記最大半径の円形状ワークの間の半径を有する円形状ワークを加熱するために、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の間に形成される第３の加熱導体部と、を有し、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の中心が前記第１と第２の円弧の線対称の中心である同一の仮想中心線上に離間配置され、前記第３の加熱導体部が、前記第１と第２の円弧状加熱導体部のそれぞれの円弧を結んだ２つの湾曲線又は共通接線に沿って設けられ、前記各加熱導体部が一体に形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、最小半径から最大半径に至る各種の半径を有する円形状ワークを、単一の高周波加熱コイルによって加熱するようにしたので、従来技術のように高周波加熱コイルをいくつも製作する必要がなく、その結果、高周波加熱コイルの製作費用を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、単一の高周波加熱コイルを用いて円形状ワークを加熱するようにしたので、円形状ワークの種類替えの際には、高周波加熱コイルの取り替えをする必要がなく、該円形状ワークの種類に合わせた高周波加熱コイルの位置調整および高周波加熱コイルに出力する電圧または電流を調整するのみでよいため、その結果、円形状ワークの生産性を著しく向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高周波加熱方法および高周波加熱コイルについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイル２０の斜視図である。
【００１７】
この高周波加熱コイル２０は、第１の円弧状加熱導体部２２と、第２の円弧状加熱導体部２４と、該第１と第２の円弧状加熱導体部２２、２４との間に設けられた第３の加熱導体部２６と、支持部材３０とから一体的に構成される。さらに、該支持部材３０は、第１支持体３０ａと第２支持体３０ｂとから構成される。この第１支持体３０ａと第２支持体３０ｂとの間に形成される間隙には、絶縁部材３２が介挿され、また、これらの支持体３０ａと３０ｂの端面にはボルト３４等の締結手段によって絶縁部材３６が固着される。なお、図１中、これらの加熱導体部２２、２４、２６および支持部材３０の内部には、冷却液を流通させるための流路（図示せず）が、前記第１支持体３０ａと第２支持体３０ｂにそれぞれ備えられたカプラ３８ａから３８ｂへと連通して設けられている。
【００１８】
第１の円弧状加熱導体部２２は、その半径方向内側に内周面４０を有している。
【００１９】
第２の円弧状加熱導体部２４は、さらに、前記第１支持体３０ａ側に連結される円弧状加熱導体部２４ａと、前記第２支持体３０ｂ側に連結される円弧状加熱導体部２４ｂとから構成され、該円弧状加熱導体部２４ａと２４ｂとは、前記絶縁部材３２によって離間配置される。また、前記第２の円弧状加熱導体部２４は、その半径方向内側に内周面４２ａと４２ｂとを有している。
【００２０】
第３の加熱導体部２６は、さらに、前記第１の円弧状加熱導体部２２と前記円弧状加熱導体部２４ａとの間に連結して形成される側方加熱導体部２６ａと、前記第１の円弧状加熱導体部２２と前記円弧状加熱導体部２４ｂと間に連結して形成される側方加熱導体部２６ｂとから構成される。
【００２１】
そして、前記側方加熱導体部２６ａは、前記第１の円弧状加熱導体部２２の内周面４０の円弧と前記円弧状加熱導体部２４ａの内周面４２ａの円弧とを結び、且つこれらの円弧とともに外方へ湾曲した線を含む内壁面４４ａを有して形成される。なお、この内壁面４４ａは、例えば、前記内周面４０の円弧と前記内周面４２ａの円弧との共通接線Ｑ１に沿って形成されても勿論構わない。
【００２２】
また、前記側方加熱導体部２６ｂは、前記第１の円弧状加熱導体部２２の内周面４０の円弧と前記円弧状加熱導体部２４ｂの内周面４２ｂの円弧とを結び、且つこれらの円弧とともに外方へ湾曲した線を含む内壁面４４ｂを有して形成される。なお、この内壁面４４ｂは、前記内壁面４４ａの場合と同様に、前記内周面４０の円弧と前記内周面４２ｂの円弧との共通接線Ｑ２に沿って形成されても勿論構わない。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイル２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この高周波加熱コイル２０が適用される高周波誘導加熱装置４８について説明する。
【００２４】
図２は、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８の一部省略斜視図である。なお、この図２において、図１に示す高周波加熱コイル２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、参照符号Ｗは、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８におけるワークを示し、この場合、エンジンバルブである。
【００２５】
この高周波誘導加熱装置４８は、コイル加熱部５０と、ターンテーブル５２と、高周波電源５４を含む制御部５６とから構成される。
【００２６】
コイル加熱部５０では、前記高周波加熱コイル２０が、絶縁体５８を介してボルト６０を締め付けることによってコイル支持体６２に固着される。さらに、前記制御部５６に接続されたリード線６４が、ターミナル６６を介して前記高周波加熱コイル２０の支持部材３０に接続され、前記絶縁体５８とともに固着される。なお、上側支持部材６８は、コイル加熱部５０の上方側に備えられ、別の支持体（図示せず）によって支持されて、エンジンバルブＷの弁部Ｖ側から押さえるためのものである。
【００２７】
ターンテーブル５２では、下側支持部材７０に備えられたクランプ７２によってエンジンバルブＷの軸部Ｕ側が支持される。そして、前記下側支持部材７０は、上昇することによって該エンジンバルブＷの周縁Ｗａを、前記高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６に対して上下方向に位置決めさせ、且つ回転することによって前記周縁Ｗａを全周にわたり一様に加熱させるためのものである。なお、前記ターンテーブル５２において、参照符号７４はエンジンバルブＷが供給される第１ステーションを示し、参照符号７６はエンジンバルブＷが加熱され焼入れ処理される第２ステーションを示し、さらに、参照符号７８はエンジンバルブＷが取り上げられて次の処理工程へ移送される第３ステーションを示す。
【００２８】
制御部５６では、エンジンバルブＷを加熱するための設定条件として、高周波電源５４から供給される電圧または電流、および該電圧または電流の印加時間等の設定と、焼入れするための設定条件として、冷却時間および冷却流体の流量等の設定とを行い、且つ前記各設定値を記憶させ、表示させるものである。さらに、前記高周波加熱コイル２０のスライド方向の位置条件、あるいは前記ターンテーブル５２の横方向（回転方向）および前記下側支持部材７０の上下方向の位置条件等を設定し、且つ前記各位置条件を記憶させ、表示させるものである。
【００２９】
なお、図２において、参照符号８０は、冷却液循環手段（図示せず）から、前記高周波加熱コイル２０へ冷却液を流通させるためのホースを示す。
【００３０】
本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この高周波誘導加熱装置４８の動作および作用効果について高周波加熱方法との関係において説明する。
【００３１】
ここで、この高周波誘導加熱装置４８に供給されるまでのエンジンバルブＷについて、図３を参照しながら説明する。
【００３２】
先ず、円柱状の原材料から所定長さに切断された切断品８２が得られる。次いで、該切断品８２の一端が据え込み鍛造工法によって成形され、略球状に形成された先端部８４を含む中間品８６が得られる。続いて、該先端部８４が熱間鍛造工法によって成形され、略傘状に形成された弁部Ｖを含むバルブ原形品８８が得られる。このバルブ原形品８８が軸部Ｕの接合加工と、該バルブ原形品８８の研磨加工および熱処理等の工程を経て、エンジンバルブＷが得られる。
【００３３】
そして、前記エンジンバルブＷが、図２に示される高周波誘導加熱装置４８に供給される。
【００３４】
先ず、制御部５６において、当該エンジンバルブＷの種類毎に設定され、記憶されている条件が読み出される。そして、作業開始指令によって、コイル加熱部５０とともに高周波加熱コイル２０が、矢印Ａの方向（すなわち、ターンテーブル５２の法線方向）にスライドして、所定の位置に位置決めされる。この所定の位置は、図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、エンジンバルブＷ（参照符号Ｗ１〜Ｗ３に相当）の周縁Ｗ１ａ〜Ｗ３ａのいずれかに対応して、高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６の最適な位置条件を示すものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００３５】
すなわち、図４Ａのケースでは、円弧径Ｒ２２を有する第１の円弧状加熱導体部２２が、半径Ｒ１ａを有するエンジンバルブＷ１の周縁Ｗ１ａに対して、所定の間隙を有して設定される。このエンジンバルブＷ１は、前記高周波加熱コイル２０を用いて加熱すべき最小半径を有するものである。なお、図４Ａにおいて、参照符号Ｌは前記内周面４０との間隙を示す仮想線である。
【００３６】
この周縁Ｗ１ａを加熱する場合、前記間隙、すなわち前記円弧径Ｒ２２と前記半径Ｒ１ａとの寸法差は、１ｍｍより大きく設定されることが望ましい。前記周縁Ｗ１ａが過熱されることを回避するためである。
【００３７】
また、図４Ｂのケースでは、円弧径Ｒ２４を有する円弧状加熱導体部２４ａおよび２４ｂが、半径Ｒ２ａを有するエンジンバルブＷ２の周縁Ｗ２ａに対して、所定の間隙（仮想線Ｌで示す。）を有して設定される。このエンジンバルブＷ２は、前記高周波加熱コイル２０を用いて加熱すべき最大半径を有するものである。
【００３８】
この周縁Ｗ２ａを加熱する場合、前述した周縁Ｗ１ａの場合と同様に、前記円弧径Ｒ２４と前記半径Ｒ２ａとの寸法差は、１ｍｍより大きく設定されることが望ましい。
【００３９】
なお、前記第１の円弧状加熱導体部２２の円弧径Ｒ２２の中心と、前記円弧状加熱導体部２４ａおよび２４ｂの円弧径Ｒ２４の中心は、仮想中心線Ｐ上に離間して配置される。
【００４０】
さらに、図４Ｃのケースでは、側方加熱導体部２６ａおよび２６ｂが、半径Ｒ３ａを有するエンジンバルブＷ３の周縁Ｗ３ａに対して、所定の間隙（仮想線Ｌで示す。）を有して設定される。この場合、前記エンジンバルブＷ３の半径Ｒ３ａが、前記エンジンバルブＷ１の半径Ｒ１ａと前記エンジンバルブＷ２の半径Ｒ２ａの間にあるとき、すなわち、Ｒ１ａ＜Ｒ３ａ＜Ｒ２ａの関係にあるときに適用される。
【００４１】
なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいて、仮想線ＳはエンジンバルブＷ１〜Ｗ３の中心を通り、該エンジンバルブＷ１〜Ｗ３が前記ターンテーブル５２によって移送される接線方向、あるいはコンベア等（図示せず）によって移送される移動方向に一致するものである。
【００４２】
そして、第１ステーション７４に供給された前記エンジンバルブＷは、クランプ７２によって軸部Ｕ側が支持される。次いで、ターンテーブル５２が矢印Ｂの方向へ回転し、該エンジンバルブＷが第２ステーション７６に移送される。続いて、下側支持部材７０が矢印Ｃの方向に上昇して、該エンジンバルブＷが所定の位置まで上昇すると同時に、上側支持部材６８が矢印Ｄの方向に下降して該エンジンバルブＷの弁部Ｖ側が押さえられ、該エンジンバルブＷが下側支持部材７０上で上下方向に位置決めされる。なお、前記所定の位置は、前記高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６に対する最適な位置条件として制御部５６において設定され、記憶されるものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００４３】
次いで、制御部５６の指令信号に基づき、高周波電源５４からリード線６４およびターミナル６６を介して、高周波加熱コイル２０へ所定の電流が供給され（または所定の電圧が印加され）、該高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６によって、前記エンジンバルブＷの周縁Ｗａが所定の時間加熱される。このとき、該エンジンバルブＷは、下側支持部材７０とともに回転しており、これにより、該周縁Ｗａが全周にわたり一様に加熱される。なお、これらの所定の電流（または所定の電圧）および所定の時間は、制御部５６において設定され、記憶されるものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００４４】
前記所定の時間加熱された後、前記所定の電流の供給が停止される。そして、冷却ノズル等の冷却流体噴射手段（図示せず）から、冷却流体が該エンジンバルブＷの周縁Ｗａに向けて所定の冷却時間噴射される。このことによって、該周縁Ｗａが急冷されて焼入れ処理される。なお、この所定の冷却時間は、制御部５６において設定され、記憶されるものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００４５】
次いで、前述の上側支持部材６８が上昇し、且つ下側支持部材７０とともにエンジンバルブＷが下降して、それぞれ当初の位置まで後退し、ターンテーブル５２が再び矢印Ｂ方向へ回転する。そして、第３ステーション７８に移送された該エンジンバルブＷは、クランプ７２による支持が解放され、ローダー等の移載手段（図示せず）によって次の工程に移送される。
【００４６】
ここで、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８の制御部５６において設定される設定条件について説明する。
【００４７】
エンジンバルブＷの生産タクトタイムから鑑み、時間に関わる設定条件、すなわち、高周波電源５４から供給される電圧または電流の印加時間、および焼入れ処理するための冷却時間を一定にして種々の実験を行った。
【００４８】
そして、前記印加時間を２．５秒、前記冷却時間を１．５秒とし、図４ＡにおけるエンジンバルブＷ１では前記電圧が２００Ｖであり、図４ＢにおけるエンジンバルブＷ２では前記電圧が１６０Ｖであり、また、図４ＣにおけるエンジンバルブＷ３では前記電圧が１８０Ｖであるとき、それぞれ該エンジンバルブＷ１、Ｗ２およびＷ３の周縁Ｗ１ａ、Ｗ２ａおよびＷ３ａの表面硬度および焼入れ深さに良好な結果が得られた。且つ、これらの周縁Ｗ１ａ、Ｗ２ａおよびＷ３ａの表面硬度および焼入れ深さはほぼ同じ結果となっている。
【００４９】
このことから、前述したように電圧（または電流）の設定を変更することによって、前記エンジンバルブＷ１とＷ２の間の半径を有しているものであれば、前記エンジンバルブＷ３以外の種類でも対応可能である。
【００５０】
なお、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８では、コイル加熱部５０とともに高周波加熱コイル２０が一方向にスライドする方式を採用しているが、ワークの形状あるいは加熱して焼入れ処理される部位が部分的に特定される等、種々変則的に対応させる場合には、例えば、Ｘ−Ｙテーブル上に該コイル加熱部５０を載置して二方向に移動させるようにしても勿論構わない。
【００５１】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイル２０が適用される高周波誘導加熱装置４８によれば、最小半径から最大半径に至るまでの異なった半径を有するエンジンバルブＷ１〜Ｗ３を、単一の高周波加熱コイル２０によって加熱するようにしたので、従来技術のように高周波加熱コイル１をいくつも製作する必要がなく、その結果、高周波加熱コイル２０の製作費用を大幅に低減することができる。
【００５２】
また、単一の高周波加熱コイル２０によって加熱するようにしたので、エンジンバルブＷの種類替えの際には、高周波加熱コイル２０の取り替えをする必要がなく、該エンジンバルブＷの種類毎に設定された前記高周波加熱コイル２０の位置調整および該高周波加熱コイル２０に出力される電圧（または電流）を調整するのみでよいため、その結果、エンジンバルブＷの生産性を著しく向上させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００５４】
すなわち、最小半径から最大半径に至る各種の半径を有する円形状ワークを、単一の高周波加熱コイルによって加熱するようにしたので、従来技術のように高周波加熱コイルをいくつも製作する必要がなく、その結果、高周波加熱コイルの製作費用を大幅に低減することができる。
【００５５】
また、単一の高周波加熱コイルを用いて円形状ワークを加熱するようにしたので、円形状ワークの種類替えの際には、高周波加熱コイルの取り替えをする必要がなく、該円形状ワークの種類に合わせた高周波加熱コイルの位置調整および高周波加熱コイルに出力する電圧または電流を調整するのみでよいため、その結果、円形状ワークの生産性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイルの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイルが適用される高周波誘導加熱装置の一部省略斜視説明図である。
【図３】本実施の形態に係るエンジンバルブの説明図である。
【図４】図４Ａは、本実施の形態に係る高周波加熱コイルと最小半径を有するエンジンバルブとの位置関係を示す平面説明図である。図４Ｂは、本実施の形態に係る高周波加熱コイルと最大半径を有するエンジンバルブとの位置関係を示す平面説明図である。図４Ｃは、本実施の形態に係る高周波加熱コイルと、最小半径と最大半径の間の半径を有するエンジンバルブとの位置関係を示す平面説明図である。
【図５】従来技術に係る高周波加熱コイルと円形状ワークとの位置関係を示す平面説明図である。
【符号の説明】
２０…高周波加熱コイル ２２…第１の円弧状加熱導体部
２４…第２の円弧状加熱導体部 ２４ａ、２４ｂ…円弧状加熱導体部
２６…第３の加熱導体部 ２６ａ、２６ｂ…側方加熱導体部
３０…支持部材 Ｌ、Ｓ…仮想線
Ｐ…仮想中心線 Ｑ１、Ｑ２…共通接線
Ｒ２２、Ｒ２４…円弧径 Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａ…半径
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…エンジンバルブ（ワーク）
Ｗａ、Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、Ｗ３ａ…周縁
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波加熱方法および高周波加熱コイルに関し、一層詳細には、エンジンバルブ等のように異なった半径を有する複数の円形状ワークの周縁を加熱して焼入れ処理する際に、単一の高周波加熱コイルによって加熱することを可能とする高周波加熱方法および高周波加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、異なった半径を有する複数の円形状ワークの周縁を加熱する際には、該円形状ワークの種類に応じて、すなわち、異なる半径を有するワークに対し、それぞれ同心状に対応させた加熱導体部を有する高周波加熱コイルが用いられている。
【０００３】
この種の高周波加熱コイルとして、例えば、実開平３−９９７５３号公報に開示された従来技術を挙げることができる。
【０００４】
図５に示されるように、この従来技術に係る高周波加熱コイル１は、異なった半径Ｒ２、Ｒ３を有する円形状ワーク２、３のそれぞれの周縁２ａ、３ａに同心状に対応させた円弧状の加熱導体部４、５を備えている。
【０００５】
前記加熱導体部４と５とは直列的に一体化され、リード線６を介して制御手段を含む高周波電源７に接続されている。そして、加熱導体部４が小径な円形状ワーク２の周縁２ａに対して所定の位置に位置決めされるか、または、加熱導体部５が大径な円形状ワーク３の周縁３ａに対して所定の位置に位置決めされ、前記高周波電源７から加熱導体部４および５へ電流を通電することによって前記周縁２ａまたは３ａが加熱される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術に係る高周波加熱コイル１では、加熱すべき円形状ワーク２、３の半径、すなわち前記半径Ｒ２、Ｒ３のそれぞれに対応させた加熱導体部４、５を備える必要がある。
【０００７】
一方、前記円形状ワーク２、３とは、さらに異なった半径を有する円形状ワークを加熱する場合には、該異なった半径の加熱導体部を前記高周波加熱コイル１に追加して設けた高周波加熱コイルを製作するか、あるいは、新たに別の高周波加熱コイルを製作しなければならない。
【０００８】
このように、異なる半径寸法を有する多種の円形状ワークが増加してくると、前記従来技術に係る高周波加熱コイル１だけでは、必要なすべての種類のワークには対応することができない。このため、該円形状ワークのそれぞれの半径に対応させた高周波加熱コイルをいくつも製作する必要があり、その結果、高周波加熱コイルの製作費用が増大するという問題がある。
【０００９】
また、円形状ワーク２、３の製造工程において、加熱して焼入れ処理する工程では、円形状ワークの種類替えに伴って、前記高周波加熱コイル１をその種類用の高周波加熱コイルに取り替える必要があり、このため、生産を一時停止しなければならない。且つ、この取り替えのための作業時間が必要になるので、円形状ワークの生産性が著しく阻害される。
【００１０】
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、異なった半径を有する複数の円形状ワークを加熱して加工する際に、高周波加熱コイルの製作費用を低減することが可能であり、且つ円形状ワークの種類に対応する高周波加熱コイルの取り替えを不要とし、その結果、円形状ワークの生産性を向上させることが可能な高周波加熱方法および高周波加熱コイルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波加熱方法は、異なった半径を有する複数の円形状ワークの高周波加熱方法であって、最小半径の円形状ワークを加熱するために、該円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第１の円弧状加熱導体部と、最大半径の円形状ワークを加熱するために、該円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第２の円弧状加熱導体部と、前記最小半径の円形状ワークと前記最大半径の円形状ワークの間の半径を有する円形状ワークを加熱するために、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の間に形成される第３の加熱導体部と、を有し、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の中心は前記第１と第２の円弧の線対称の中心である同一の仮想中心線上に離間配置され、前記第３の加熱導体部は前記第１と第２の円弧状加熱導体部のそれぞれの円弧を結んだ２つの湾曲線又は共通接線に沿って設けられて、前記各加熱導体部が一体に形成される高周波加熱コイルを用いて、前記各円形状ワークに対して前記高周波加熱コイルを位置決めする工程と、電圧または電流を調整して前記高周波加熱コイルに供給する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る高周波加熱コイルは、最小半径の円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第１の円弧状加熱導体部と、最大半径の円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第２の円弧状加熱導体部と、前記最小半径の円形状ワークと前記最大半径の円形状ワークの間の半径を有する円形状ワークを加熱するために、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の間に形成される第３の加熱導体部と、を有し、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の中心が前記第１と第２の円弧の線対称の中心である同一の仮想中心線上に離間配置され、前記第３の加熱導体部が、前記第１と第２の円弧状加熱導体部のそれぞれの円弧を結んだ２つの湾曲線又は共通接線に沿って設けられ、前記各加熱導体部が一体に形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、最小半径から最大半径に至る各種の半径を有する円形状ワークを、単一の高周波加熱コイルによって加熱するようにしたので、従来技術のように高周波加熱コイルをいくつも製作する必要がなく、その結果、高周波加熱コイルの製作費用を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、単一の高周波加熱コイルを用いて円形状ワークを加熱するようにしたので、円形状ワークの種類替えの際には、高周波加熱コイルの取り替えをする必要がなく、該円形状ワークの種類に合わせた高周波加熱コイルの位置調整および高周波加熱コイルに出力する電圧または電流を調整するのみでよいため、その結果、円形状ワークの生産性を著しく向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高周波加熱方法および高周波加熱コイルについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイル２０の斜視図である。
【００１７】
この高周波加熱コイル２０は、第１の円弧状加熱導体部２２と、第２の円弧状加熱導体部２４と、該第１と第２の円弧状加熱導体部２２、２４との間に設けられた第３の加熱導体部２６と、支持部材３０とから一体的に構成される。さらに、該支持部材３０は、第１支持体３０ａと第２支持体３０ｂとから構成される。この第１支持体３０ａと第２支持体３０ｂとの間に形成される間隙には、絶縁部材３２が介挿され、また、これらの支持体３０ａと３０ｂの端面にはボルト３４等の締結手段によって絶縁部材３６が固着される。なお、図１中、これらの加熱導体部２２、２４、２６および支持部材３０の内部には、冷却液を流通させるための流路（図示せず）が、前記第１支持体３０ａと第２支持体３０ｂにそれぞれ備えられたカプラ３８ａから３８ｂへと連通して設けられている。
【００１８】
第１の円弧状加熱導体部２２は、その半径方向内側に内周面４０を有している。
【００１９】
第２の円弧状加熱導体部２４は、さらに、前記第１支持体３０ａ側に連結される円弧状加熱導体部２４ａと、前記第２支持体３０ｂ側に連結される円弧状加熱導体部２４ｂとから構成され、該円弧状加熱導体部２４ａと２４ｂとは、前記絶縁部材３２によって離間配置される。また、前記第２の円弧状加熱導体部２４は、その半径方向内側に内周面４２ａと４２ｂとを有している。
【００２０】
第３の加熱導体部２６は、さらに、前記第１の円弧状加熱導体部２２と前記円弧状加熱導体部２４ａとの間に連結して形成される側方加熱導体部２６ａと、前記第１の円弧状加熱導体部２２と前記円弧状加熱導体部２４ｂと間に連結して形成される側方加熱導体部２６ｂとから構成される。
【００２１】
そして、前記側方加熱導体部２６ａは、前記第１の円弧状加熱導体部２２の内周面４０の円弧と前記円弧状加熱導体部２４ａの内周面４２ａの円弧とを結び、且つこれらの円弧とともに外方へ湾曲した線を含む内壁面４４ａを有して形成される。なお、この内壁面４４ａは、例えば、前記内周面４０の円弧と前記内周面４２ａの円弧との共通接線Ｑ１に沿って形成されても勿論構わない。
【００２２】
また、前記側方加熱導体部２６ｂは、前記第１の円弧状加熱導体部２２の内周面４０の円弧と前記円弧状加熱導体部２４ｂの内周面４２ｂの円弧とを結び、且つこれらの円弧とともに外方へ湾曲した線を含む内壁面４４ｂを有して形成される。なお、この内壁面４４ｂは、前記内壁面４４ａの場合と同様に、前記内周面４０の円弧と前記内周面４２ｂの円弧との共通接線Ｑ２に沿って形成されても勿論構わない。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイル２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この高周波加熱コイル２０が適用される高周波誘導加熱装置４８について説明する。
【００２４】
図２は、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８の一部省略斜視図である。なお、この図２において、図１に示す高周波加熱コイル２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、参照符号Ｗは、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８におけるワークを示し、この場合、エンジンバルブである。
【００２５】
この高周波誘導加熱装置４８は、コイル加熱部５０と、ターンテーブル５２と、高周波電源５４を含む制御部５６とから構成される。
【００２６】
コイル加熱部５０では、前記高周波加熱コイル２０が、絶縁体５８を介してボルト６０を締め付けることによってコイル支持体６２に固着される。さらに、前記制御部５６に接続されたリード線６４が、ターミナル６６を介して前記高周波加熱コイル２０の支持部材３０に接続され、前記絶縁体５８とともに固着される。なお、上側支持部材６８は、コイル加熱部５０の上方側に備えられ、別の支持体（図示せず）によって支持されて、エンジンバルブＷの弁部Ｖ側から押さえるためのものである。
【００２７】
ターンテーブル５２では、下側支持部材７０に備えられたクランプ７２によってエンジンバルブＷの軸部Ｕ側が支持される。そして、前記下側支持部材７０は、上昇することによって該エンジンバルブＷの周縁Ｗａを、前記高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６に対して上下方向に位置決めさせ、且つ回転することによって前記周縁Ｗａを全周にわたり一様に加熱させるためのものである。なお、前記ターンテーブル５２において、参照符号７４はエンジンバルブＷが供給される第１ステーションを示し、参照符号７６はエンジンバルブＷが加熱され焼入れ処理される第２ステーションを示し、さらに、参照符号７８はエンジンバルブＷが取り上げられて次の処理工程へ移送される第３ステーションを示す。
【００２８】
制御部５６では、エンジンバルブＷを加熱するための設定条件として、高周波電源５４から供給される電圧または電流、および該電圧または電流の印加時間等の設定と、焼入れするための設定条件として、冷却時間および冷却流体の流量等の設定とを行い、且つ前記各設定値を記憶させ、表示させるものである。さらに、前記高周波加熱コイル２０のスライド方向の位置条件、あるいは前記ターンテーブル５２の横方向（回転方向）および前記下側支持部材７０の上下方向の位置条件等を設定し、且つ前記各位置条件を記憶させ、表示させるものである。
【００２９】
なお、図２において、参照符号８０は、冷却液循環手段（図示せず）から、前記高周波加熱コイル２０へ冷却液を流通させるためのホースを示す。
【００３０】
本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この高周波誘導加熱装置４８の動作および作用効果について高周波加熱方法との関係において説明する。
【００３１】
ここで、この高周波誘導加熱装置４８に供給されるまでのエンジンバルブＷについて、図３を参照しながら説明する。
【００３２】
先ず、円柱状の原材料から所定長さに切断された切断品８２が得られる。次いで、該切断品８２の一端が据え込み鍛造工法によって成形され、略球状に形成された先端部８４を含む中間品８６が得られる。続いて、該先端部８４が熱間鍛造工法によって成形され、略傘状に形成された弁部Ｖを含むバルブ原形品８８が得られる。このバルブ原形品８８が軸部Ｕの接合加工と、該バルブ原形品８８の研磨加工および熱処理等の工程を経て、エンジンバルブＷが得られる。
【００３３】
そして、前記エンジンバルブＷが、図２に示される高周波誘導加熱装置４８に供給される。
【００３４】
先ず、制御部５６において、当該エンジンバルブＷの種類毎に設定され、記憶されている条件が読み出される。そして、作業開始指令によって、コイル加熱部５０とともに高周波加熱コイル２０が、矢印Ａの方向（すなわち、ターンテーブル５２の法線方向）にスライドして、所定の位置に位置決めされる。この所定の位置は、図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、エンジンバルブＷ（参照符号Ｗ１〜Ｗ３に相当）の周縁Ｗ１ａ〜Ｗ３ａのいずれかに対応して、高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６の最適な位置条件を示すものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００３５】
すなわち、図４Ａのケースでは、円弧径Ｒ２２を有する第１の円弧状加熱導体部２２が、半径Ｒ１ａを有するエンジンバルブＷ１の周縁Ｗ１ａに対して、所定の間隙を有して設定される。このエンジンバルブＷ１は、前記高周波加熱コイル２０を用いて加熱すべき最小半径を有するものである。なお、図４Ａにおいて、参照符号Ｌは前記内周面４０との間隙を示す仮想線である。
【００３６】
この周縁Ｗ１ａを加熱する場合、前記間隙、すなわち前記円弧径Ｒ２２と前記半径Ｒ１ａとの寸法差は、１ｍｍより大きく設定されることが望ましい。前記周縁Ｗ１ａが過熱されることを回避するためである。
【００３７】
また、図４Ｂのケースでは、円弧径Ｒ２４を有する円弧状加熱導体部２４ａおよび２４ｂが、半径Ｒ２ａを有するエンジンバルブＷ２の周縁Ｗ２ａに対して、所定の間隙（仮想線Ｌで示す。）を有して設定される。このエンジンバルブＷ２は、前記高周波加熱コイル２０を用いて加熱すべき最大半径を有するものである。
【００３８】
この周縁Ｗ２ａを加熱する場合、前述した周縁Ｗ１ａの場合と同様に、前記円弧径Ｒ２４と前記半径Ｒ２ａとの寸法差は、１ｍｍより大きく設定されることが望ましい。
【００３９】
なお、前記第１の円弧状加熱導体部２２の円弧径Ｒ２２の中心と、前記円弧状加熱導体部２４ａおよび２４ｂの円弧径Ｒ２４の中心は、仮想中心線Ｐ上に離間して配置される。
【００４０】
さらに、図４Ｃのケースでは、側方加熱導体部２６ａおよび２６ｂが、半径Ｒ３ａを有するエンジンバルブＷ３の周縁Ｗ３ａに対して、所定の間隙（仮想線Ｌで示す。）を有して設定される。この場合、前記エンジンバルブＷ３の半径Ｒ３ａが、前記エンジンバルブＷ１の半径Ｒ１ａと前記エンジンバルブＷ２の半径Ｒ２ａの間にあるとき、すなわち、Ｒ１ａ＜Ｒ３ａ＜Ｒ２ａの関係にあるときに適用される。
【００４１】
なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいて、仮想線ＳはエンジンバルブＷ１〜Ｗ３の中心を通り、該エンジンバルブＷ１〜Ｗ３が前記ターンテーブル５２によって移送される接線方向、あるいはコンベア等（図示せず）によって移送される移動方向に一致するものである。
【００４２】
そして、第１ステーション７４に供給された前記エンジンバルブＷは、クランプ７２によって軸部Ｕ側が支持される。次いで、ターンテーブル５２が矢印Ｂの方向へ回転し、該エンジンバルブＷが第２ステーション７６に移送される。続いて、下側支持部材７０が矢印Ｃの方向に上昇して、該エンジンバルブＷが所定の位置まで上昇すると同時に、上側支持部材６８が矢印Ｄの方向に下降して該エンジンバルブＷの弁部Ｖ側が押さえられ、該エンジンバルブＷが下側支持部材７０上で上下方向に位置決めされる。なお、前記所定の位置は、前記高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６に対する最適な位置条件として制御部５６において設定され、記憶されるものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００４３】
次いで、制御部５６の指令信号に基づき、高周波電源５４からリード線６４およびターミナル６６を介して、高周波加熱コイル２０へ所定の電流が供給され（または所定の電圧が印加され）、該高周波加熱コイル２０の各加熱導体部２２、２４および２６によって、前記エンジンバルブＷの周縁Ｗａが所定の時間加熱される。このとき、該エンジンバルブＷは、下側支持部材７０とともに回転しており、これにより、該周縁Ｗａが全周にわたり一様に加熱される。なお、これらの所定の電流（または所定の電圧）および所定の時間は、制御部５６において設定され、記憶されるものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００４４】
前記所定の時間加熱された後、前記所定の電流の供給が停止される。そして、冷却ノズル等の冷却流体噴射手段（図示せず）から、冷却流体が該エンジンバルブＷの周縁Ｗａに向けて所定の冷却時間噴射される。このことによって、該周縁Ｗａが急冷されて焼入れ処理される。なお、この所定の冷却時間は、制御部５６において設定され、記憶されるものであり、エンジンバルブＷの種類毎に特定されるものである。
【００４５】
次いで、前述の上側支持部材６８が上昇し、且つ下側支持部材７０とともにエンジンバルブＷが下降して、それぞれ当初の位置まで後退し、ターンテーブル５２が再び矢印Ｂ方向へ回転する。そして、第３ステーション７８に移送された該エンジンバルブＷは、クランプ７２による支持が解放され、ローダー等の移載手段（図示せず）によって次の工程に移送される。
【００４６】
ここで、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８の制御部５６において設定される設定条件について説明する。
【００４７】
エンジンバルブＷの生産タクトタイムから鑑み、時間に関わる設定条件、すなわち、高周波電源５４から供給される電圧または電流の印加時間、および焼入れ処理するための冷却時間を一定にして種々の実験を行った。
【００４８】
そして、前記印加時間を２．５秒、前記冷却時間を１．５秒とし、図４ＡにおけるエンジンバルブＷ１では前記電圧が２００Ｖであり、図４ＢにおけるエンジンバルブＷ２では前記電圧が１６０Ｖであり、また、図４ＣにおけるエンジンバルブＷ３では前記電圧が１８０Ｖであるとき、それぞれ該エンジンバルブＷ１、Ｗ２およびＷ３の周縁Ｗ１ａ、Ｗ２ａおよびＷ３ａの表面硬度および焼入れ深さに良好な結果が得られた。且つ、これらの周縁Ｗ１ａ、Ｗ２ａおよびＷ３ａの表面硬度および焼入れ深さはほぼ同じ結果となっている。
【００４９】
このことから、前述したように電圧（または電流）の設定を変更することによって、前記エンジンバルブＷ１とＷ２の間の半径を有しているものであれば、前記エンジンバルブＷ３以外の種類でも対応可能である。
【００５０】
なお、本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置４８では、コイル加熱部５０とともに高周波加熱コイル２０が一方向にスライドする方式を採用しているが、ワークの形状あるいは加熱して焼入れ処理される部位が部分的に特定される等、種々変則的に対応させる場合には、例えば、Ｘ−Ｙテーブル上に該コイル加熱部５０を載置して二方向に移動させるようにしても勿論構わない。
【００５１】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイル２０が適用される高周波誘導加熱装置４８によれば、最小半径から最大半径に至るまでの異なった半径を有するエンジンバルブＷ１〜Ｗ３を、単一の高周波加熱コイル２０によって加熱するようにしたので、従来技術のように高周波加熱コイル１をいくつも製作する必要がなく、その結果、高周波加熱コイル２０の製作費用を大幅に低減することができる。
【００５２】
また、単一の高周波加熱コイル２０によって加熱するようにしたので、エンジンバルブＷの種類替えの際には、高周波加熱コイル２０の取り替えをする必要がなく、該エンジンバルブＷの種類毎に設定された前記高周波加熱コイル２０の位置調整および該高周波加熱コイル２０に出力される電圧（または電流）を調整するのみでよいため、その結果、エンジンバルブＷの生産性を著しく向上させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００５４】
すなわち、最小半径から最大半径に至る各種の半径を有する円形状ワークを、単一の高周波加熱コイルによって加熱するようにしたので、従来技術のように高周波加熱コイルをいくつも製作する必要がなく、その結果、高周波加熱コイルの製作費用を大幅に低減することができる。
【００５５】
また、単一の高周波加熱コイルを用いて円形状ワークを加熱するようにしたので、円形状ワークの種類替えの際には、高周波加熱コイルの取り替えをする必要がなく、該円形状ワークの種類に合わせた高周波加熱コイルの位置調整および高周波加熱コイルに出力する電圧または電流を調整するのみでよいため、その結果、円形状ワークの生産性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイルの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る高周波加熱コイルが適用される高周波誘導加熱装置の一部省略斜視説明図である。
【図３】本実施の形態に係るエンジンバルブの説明図である。
【図４】図４Ａは、本実施の形態に係る高周波加熱コイルと最小半径を有するエンジンバルブとの位置関係を示す平面説明図である。図４Ｂは、本実施の形態に係る高周波加熱コイルと最大半径を有するエンジンバルブとの位置関係を示す平面説明図である。図４Ｃは、本実施の形態に係る高周波加熱コイルと、最小半径と最大半径の間の半径を有するエンジンバルブとの位置関係を示す平面説明図である。
【図５】従来技術に係る高周波加熱コイルと円形状ワークとの位置関係を示す平面説明図である。
【符号の説明】
２０…高周波加熱コイル ２２…第１の円弧状加熱導体部
２４…第２の円弧状加熱導体部 ２４ａ、２４ｂ…円弧状加熱導体部
２６…第３の加熱導体部 ２６ａ、２６ｂ…側方加熱導体部
３０…支持部材 Ｌ、Ｓ…仮想線
Ｐ…仮想中心線 Ｑ１、Ｑ２…共通接線
Ｒ２２、Ｒ２４…円弧径 Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａ…半径
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…エンジンバルブ（ワーク）
Ｗａ、Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、Ｗ３ａ…周縁
Claims (2)
- 異なった半径を有する複数の円形状ワークの高周波加熱方法であって、
最小半径の円形状ワークを加熱するために、該円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第１の円弧状加熱導体部と、
最大半径の円形状ワークを加熱するために、該円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第２の円弧状加熱導体部と、
前記最小半径の円形状ワークと前記最大半径の円形状ワークの間の半径を有する円形状ワークを加熱するために、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の間に形成される第３の加熱導体部と、を有し、
前記第１と第２の円弧状加熱導体部の中心は前記第１と第２の円弧の線対称の中心である同一の仮想中心線上に離間配置され、前記第３の加熱導体部は前記第１と第２の円弧状加熱導体部のそれぞれの円弧を結んだ２つの湾曲線又は共通接線に沿って設けられて、前記各加熱導体部が一体に形成される高周波加熱コイルを用いて、
前記各円形状ワークに対して前記高周波加熱コイルを位置決めする工程と、
電圧または電流を調整して前記高周波加熱コイルに供給する工程と、
を有することを特徴とする高周波加熱方法。 - 最小半径の円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第１の円弧状加熱導体部と、
最大半径の円形状ワークの周縁に対して所定の間隙を有して形成される第２の円弧状加熱導体部と、
前記最小半径の円形状ワークと前記最大半径の円形状ワークの間の半径を有する円形状ワークを加熱するために、前記第１と第２の円弧状加熱導体部の間に形成される第３の加熱導体部と、
を有し、
前記第１と第２の円弧状加熱導体部の中心が前記第１と第２の円弧の線対称の中心である同一の仮想中心線上に離間配置され、
前記第３の加熱導体部が、前記第１と第２の円弧状加熱導体部のそれぞれの円弧を結んだ２つの湾曲線又は共通接線に沿って設けられ、
前記各加熱導体部が一体に形成されることを特徴とする高周波加熱コイル。
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