JP4365311B2 - 環状部材を内外周から加熱する誘導加熱コイル及び誘導加熱方法 - Google Patents
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Description
本発明は、環状部材を誘導加熱により内外周から同時に加熱する、とくに表面加熱だけでなく全体の深部まで加熱する環状部材を内外周から加熱する誘導加熱コイル及び誘導加熱方法に関するものであり、大型軸受のレース材の軸受鋼の焼入れなどに使用されるものである。
誘導加熱による環状部材の加熱は広く使用されている。しかし、誘導加熱は表面焼入れや薄い部材の加熱焼入れの加熱などの表面部の加熱には好ましいが、厚い部材の全体を深部まで加熱することは困難であった。
そこで従来は、大型軸受のレース材の軸受鋼の焼入れなどの環状部材を深部まで加熱する場合には、主に雰囲気炉加熱などが使用されてきた。
そこで従来は、大型軸受のレース材の軸受鋼の焼入れなどの環状部材を深部まで加熱する場合には、主に雰囲気炉加熱などが使用されてきた。
しかしながら、雰囲気炉などの大型の設備は設備費が高いとともに、熱処理時間が長く、少量多品種の生産が困難であるという問題点があった。
そこで本発明は、上記問題点を解決し、誘導加熱により環状部材の深部まで加熱が可能な誘導加熱コイルと誘導加熱方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の環状部材を内外周から加熱する誘導加熱コイルと加熱方法は、被加熱環状部材の円周に間隔をおいて２つの誘導加熱コイルを配設し、該被加熱環状部材を回転しながら加熱する環状部材の誘導加熱において、前記誘導加熱コイルは、それぞれ２個のＵ字型導体の足部が被加熱環状部材の内外周面の加熱部を跨いで配設され、該２個のＵ字型導体の一方の足端部同士が連結され、他方の足端部に電源が接続されてコイルが形成され、前記２つの誘導加熱コイルの一方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔が外周側の足部導体と外周面との間隔より大きくなるようにされ、他方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔が外周側の足部導体と外周面との間隔より小さくなるように設定されたことを特徴とするものである。
前記２個のＵ字型導体の足端部同士の連結端と電源の接続端は、被加熱環状部材の内外周のいずれにおいてもよいが、電源接続端を外周側に置く方が構造が簡単である。
このように、本発明の誘導加熱コイルは、２個のＵ字型導体を被加熱環状部材の内外周に跨がせて配設して、内外２本のＵ字型導体により環状部材を内外から同時に加熱するので、効率よく急速に環状部材の深部まで加熱できる。
前記誘導加熱コイルの少なくもＵ字型導体は、一体ブロックの導電材料から削りだしにより成形されることが望ましい。従来の誘導加熱コイルは金属管を曲げ加工したり、金属板を溶接やろー付けして成形された。しかし、形状が複雑なコイルではこのような製造方法のコイルは耐久性に問題があった。そこで本発明は一体のブロック材から削りだして作成することにより、コイル寿命を従来より３倍以上に増すことができた。
また、本発明の環状部材を内外周から加熱する誘導加熱方法は、請求項１又は２に記載の誘導加熱コイルの２コイル以上を被加熱環状部材の円周に配設して、被加熱環状部材を回転しながら加熱することを特徴とするものである。
こうすれば、環状部材の２か所以上が同時に加熱されるので、一層急速均熱が可能である。なお、２コイル以上の誘導加熱コイルは円周に角度をおいて配設してもよいが、効率と構造の簡易性から２コイルの加熱コイルを円周の対角線上に対称に配設することが望ましい。
こうすれば、環状部材の２か所以上が同時に加熱されるので、一層急速均熱が可能である。なお、２コイル以上の誘導加熱コイルは円周に角度をおいて配設してもよいが、効率と構造の簡易性から２コイルの加熱コイルを円周の対角線上に対称に配設することが望ましい。
また、本発明の環状部材を内外周から加熱する誘導加熱方法は、請求項１又は２に記載の誘導加熱コイルの２コイルを被加熱環状部材の円周に配設し、一方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔を外周側の足部導体と外周面との間隔より大きくなるようにし、他方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔を外周側の足部導体と外周面との間隔より小さくなるように設定して、被加熱環状部材を回転しながら加熱することを特徴とするものである。
こうすると、一方のコイルでは外周の加熱量が内周より多くなり、他方のコイルでは内周の加熱量が外周より多くなって、両者が補って均一温度に加熱しやすい。なお、内周の加熱面積は外周の加熱面積より小さいので、全体としては軸方向導体を内周面との間隔を外周面との間隔より広くして、外周面の加熱量を増すことが均一温度上昇を図るために望ましい。
上記誘導加熱コイルと加熱方法は、大型軸受のレース材の軸受鋼の焼入れなどの環状部材の加熱に使用すると効果が大きい。
前記２コイル又は２コイル以上の誘導加熱コイルは、単一の電源又は複数の電源に直列又は並列に接続されることができる。
本発明の環状部材の誘導加熱コイルと誘導加熱方法によれば、従来炉加熱でなければ困難であった環状部材の深部までの加熱が誘導加熱により可能になるので、大型の設備が不要で、熱処理時間が短縮されて熱処理コストが低減される。また、環状部材の径が変わっても肉厚に大きな変動がない限り加熱コイルが大小径に対して兼用できるので、コストが低減できるとともに、多品種少量生産にも対応しやすい。また、炉加熱による熱処理よりも工場環境が改善される。さらにコイルをブロック材から削りだして作成することにより、コイルの寿命を増し熱処理コストが低減される。本発明の環状部材の誘導加熱コイルと誘導加熱方法は、とくに大型軸受のレース材の軸受鋼の焼入れなどに有効である。
以下、本発明の環状部材の誘導加熱コイルと加熱方法について、図示の実施形態により具体的に説明する。図１は本発明の環状部材の誘導加熱コイルを２コイル配設した構成を示す図、図２はブロックから削りだしで成形されたコイルの一例を示す図である。
まず、図２を用いて誘導加熱コイルから説明する。誘導加熱コイル１０は、２個のＵ字型導体１及び２が足部導体１ｂ，１ｄと２ｂ，２ｄをそれぞれ平行にして、一方の足部導体１ｄの一端１ｅと足部導体２ｄの一端２ｅが導体３により接続され、他方の足部導体１ｂの一端１ａ及び足部導体２ｂの一端２ａにそれぞれリード部４及び５が接続されてコイルを形成する。これにより、加熱コイル１０に付加される電流は、リード部４−Ｕ字型導体１−導体３−Ｕ字型導体２−リード部５と流れてコイル電流を形成する。このＵ字型導体１及び２を被焼入環状部材（以下ワークという）Ｗの加熱部に跨がせて誘導加熱コイル１０を配設する。なお、図１では、リード部４、５を外周に設定したが、リード部を内周に設けるように配設してもよい。
前記Ｕ字型導体１及び２のそれぞれの足部導体１ｂと１ｄの内側及び２ｂと２ｄの内側の間隔は、Ｕ字型導体１及び２を被焼入環状部材（以下ワークという）Ｗの加熱部に跨がせて配設したときワークＷの内外周面との間に所定の隙間を有する寸法にされている。また、足部導体１ｂ，１ｄと２ｂ，２ｄの長さはワークＷの軸方向の加熱面長さに対応する長さにされる。
誘導加熱コイル１０は、一例を図２に示すように方形の導電材料のブロック体から削りだしで成形した。リード部４及び５は一体ブロックから削りだしてもよいが、リード部はろー付けや溶接により接着してもよい。なお、図では省略したが導体には、水孔が穿孔されて内部冷却される。このようにコイル導体をブロックから削りだすことにより、従来の管材や板材から成形したコイルに比し３倍以上に寿命を延ばすことができた。
次に、上記構成の本発明の環状部材の誘導加熱方法について図１に基づいて説明する。同形状の２つの加熱コイル１０、１０´が、ワークＷの対角線上の対称位置に配設される。そして、両側の加熱コイル１０、１０´は、そのＵ字型導体１、２がワークＷの加熱面を挟んで跨がるように配設される。このとき、例えば図の左の加熱コイル１０のＵ字型導体１、２の足部１ｂ，２ｂとワークＷの外周面との間隔を足部１ｄ，２ｄとワークＷの内周面との間隔よりやや広くし、図の右の加熱コイル１０´のＵ字型導体´１、２´の足部１ｂ´，２ｂ´とワークＷの外周面との間隔を足部１ｄ´，２ｄ´とワークＷの内周面との間隔よりやや狭くなるように設定される。これにより左の加熱コイル１０の内周の加熱量が外周より多く、右の加熱コイル１０´の外周の加熱量が内周より多くなり、両者で補うように加熱することにより、一層急速かつ均一のワークＷの温度上昇させることができる。
ここで、図示しない回転駆動手段によりワークＷを回転して、ワークＷを回転しながら加熱コイル１０、１０´に電力を投入してワークＷを加熱する。
上記加熱コイル１０、１０´の２コイルは、それぞれ単独の電源に接続されても良いし、１電源から直列又は並列に接続されても良い。
以上説明したように、本発明の環状部材の加熱コイルと誘導加熱方法によれば、Ｕ字型導体の足部導体を環状部材の内外周に跨がせて配設し、内外から同時に加熱できるので、効率よく急速に被加熱リングの深部まで加熱できる。
また、本発明の誘導加熱コイルは、少なくともコイル部分は一体ブロックの導電材料から削りだしにより成形されるので従来のコイルに比して寿命が３倍以上に改善される。
また、この誘導加熱コイルを被加熱環状部材の円周に２個配設し、環状部材の２か所を同時に加熱して焼入れするので、従来炉加熱でなければ困難であった合金鋼などの環状部材を誘導加熱により深部まで加熱することが可能になった。
以上述べたように本発明の環状部材の加熱コイルと誘導加熱方法は、従来の炉加熱より大幅に加熱時間が短縮できるので、熱処理コストが大幅に低減できる。また、本発明の加熱コイルは環状部材の径が変わっても兼用できるので、炉加熱の場合より少量多品種の生産が容易になって、仕掛かりを減すことができる。かつ工場環境が改善され、熱処理の原価を低減し産業の発展に寄与する。
１、２ Ｕ字型導体、３ 導体、４、５ リード部、１０ 誘導加熱コイル、Ｗ ワーク（被焼入環状部材）
Claims (3)
- 被加熱環状部材の円周に間隔をおいて２つの誘導加熱コイルを配設し、該被加熱環状部材を回転しながら加熱する環状部材の誘導加熱において、前記誘導加熱コイルは、それぞれ２個のＵ字型導体の足部が被加熱環状部材の内外周面の加熱部を跨いで配設され、該２個のＵ字型導体の一方の足端部同士が連結され、他方の足端部に電源が接続されてコイルが形成され、前記２つの誘導加熱コイルの一方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔が外周側の足部導体と外周面との間隔より大きくなるようにされ、他方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔が外周側の足部導体と外周面との間隔より小さくなるように設定されたことを特徴とする環状部材を内外周から加熱する誘導加熱コイル。
- 環状部材の誘導加熱において、被加熱環状部材の円周に間隔をおいて２つの誘導加熱コイルを配設し、該誘導加熱コイルは、それぞれ２個のＵ字型導体の足部が被加熱環状部材の内外周面の加熱部を跨いで配設され、該２個のＵ字型導体の一方の足端部同士が連結され、他方の足端部に電源が接続されてコイルが形成され、前記２つの誘導加熱コイルの一方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔が外周側の足部導体と外周面との間隔より大きくなるようにし、他方の加熱コイルの内周側の足部導体と内周面との間隔が外周側の足部導体と外周面との間隔より小さくなるように設定して、被加熱環状部材を回転しながら加熱することを特徴とする環状部材を内外周から加熱する誘導加熱方法。
- 前記被加熱環状部材は軸受レース材であり、該レース材の全体を均一に加熱を目的とすることを特徴とする請求項２に記載の環状部材を内外周から加熱する誘導加熱方法。
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