JP5096065B2 - 高周波誘導加熱コイル及び高周波誘導加熱方法 - Google Patents

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Description

本発明は、径方向に相対的に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を熱処理（例えば、焼入処理や焼戻処理）するための高周波誘導加熱コイル及び高周波誘導加熱方法に関する。
従来、均等環状平面（均一な径方向の幅を有する環状の周面）を高周波誘導加熱するに際しては、環状の高周波誘導加熱コイルを用いて被加熱面である均等環状平面を有する被加熱物をその軸線を中心に回転させながらその均等環状平面を高周波誘導加熱するようにしているのが通例である（例えば、“Basics of Induction Heating”，CHESTER A. TUDBURY,M..S著；P.1-115; ONE-TURN PACKAKE COIL 1960年5月出版、及び、“High-Frequency Induction Heating”, FRANK W. CURTIS著；P.80；1944年10月初版：1950年1月第二版参照）。
従来において、均等環状平面を高周波誘導加熱する場合には、均等環状平面の内径と外径とにそれぞれ対応した内径と外径とを有する環状の高周波誘導加熱コイルを用いて、被加熱物に回転を与えながら均等環状平面の円周方向に高周波誘導電流を流すことにより高周波誘導加熱を行っている。例えば図６（ａ）に示すクラッチハブ１００の均等環状平面１００ａ'に高周波焼入を行う場合には、図６（ｂ）に示すように均等環状平面１００ａ'に高周波誘導加熱コイル１０１の環状加熱導体部分１０１ａ（図７参照）を所要の間隔Ｄをもって対向配置し、次いで被加熱物であるクラッチハブ１００にその軸線を中心とする回転を与えながら図示しない高周波変成器を介して接続された高周波電源１０２より図７に示すように一対の給電リード部１０３ａ，１０３ｂを介して環状加熱導体部分１０１ａに高周波電流（ある瞬間の電流方向は図７において矢印αで示す方向）を流して所要時間にわたり高周波誘導加熱を行い、所要の焼入温度に到達した環状平面１００ａの全域を冷却手段（図示せず）により急速冷却して均等環状平面１００ａ'の表面に焼入硬化層Ｓ1を形成するようにしている。
また、上述のようにして高周波焼入を完了した後に、同一の高周波誘導加熱コイル１０１を用いて、焼入硬化層Ｓ1が形成された均等環状平面１００ａ'に焼戻加熱を行うこともある。焼戻加熱を行う場合には、高周波焼入を行う場合と同様に均等環状平面１００ａ'に高周波誘導加熱コイル１０１の環状加熱導体部分１０１ａを所要の間隔をもって対向配置して、被加熱物であるクラッチハブ１００にその軸線を中心とした回転を与えながら所要時間にわたり高周波誘導加熱を行い、均等環状平面１００ａ'が所要の焼戻温度に到達した後に、所要時間にわたり空冷させてから図示しない冷却手段により均等環状平面１００ａ'の全域を冷却する。一方、短筒状のワークの内周面を焼入する場合には、特開平５−１１７７４１号公報に開示されているように、ワークの内周面に対向配置される環状の高周波誘導加熱コイルを用いるようにしている。
“Basics of Induction Heating”,CHESTER A. TUDBURY,M..S著；P.1-115; ONE-TURN PACKAKE COIL；1960年5月出版 “High-Frequency Induction Heating”, FRANK W. CURTIS著；P.80；1944年10月初版：1950年1月第二版 特開平５−１１７７４１号公報
従来の高周波誘導加熱コイル１０１を用いてクラッチハブ１００の環状平面に高周波焼入を行う場合、環状平面の径方向の幅が一定な均等環状平面１００ａ'（図６（ａ）参照）であれば、均等環状平面１００ａ'の寸法に応じた内径及び外径の環状加熱導体部分１０１ａを有する高周波誘導加熱コイル１０１を用いることにより、均等環状平面１００ａ'の表面全域を均一に高周波誘導加熱して焼入処理を行うことができる。しかし、図８（ａ）に示すように、クラッチハブ１００の径方向の幅Ｗ1が相対的に広い幅広な領域（幅広部）１００ｂと、径方向の幅Ｗ2が相対的に狭い幅狭な領域（幅狭部）１００ｃとを有する異型環状平面１００ａを従来の円環形状の加熱導体部分１０１ａを有する高周波誘導加熱コイル１０１にて高周波誘導加熱を行うと、相対的に幅狭な領域（幅狭部）１００ｃが過熱状態になり、溶解してしまう場合がある。これは、図８（ａ）に示すように、高周波誘導加熱コイル１０１によって高周波誘導加熱を行うと異型環状平面１００ａの表面には幅広な領域１００ｂ、幅狭な領域１００ｃによらず円周方向に一定（同等）の高周波誘導電流Ｉが流れるが、幅狭な領域１００ｃ及びその近傍では電流密度が相対的に高くなるため、幅広な領域１００ｂよりも昇温し易くなることに起因するものである。また、図８（ｂ）に示すように、幅狭な領域１００ｃにおける焼入硬化層Ｓ2が幅広な領域１００ｂの焼入硬化層Ｓ3に比べて深くなり、要求された熱処理規格を満足できなくなる場合もある。
さらに、高周波誘導加熱コイル１０１で上述の異型環状平面１００ａの焼戻加熱を行う場合には、焼入加熱の場合に比べて焼戻加熱の加熱出力は低く設定されて高周波電流Ｉが環状加熱導体部分１０１ａの内周部に集中して流れるため、被加熱部が均等環状平面、異型環状平面の何れであってもその外周部が加熱され難く、十分な焼戻効果が得られない場合がある。
本発明は上述の如き実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、異型環状平面（例えば、クラッチハブの異型環状平面）を過熱、溶解することなく、均一に高周波誘導加熱を行うことができるような高周波誘導加熱コイル及び高周波誘導加熱方法を提供することにある。
上記の如き目的を達成するため、本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するコイルであって、互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、前記一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成され、前記連結導体部分が異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置され、この径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を誘導加熱する高周波誘導加熱コイルを提供する。
また、本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するコイルであって、互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された加熱コイル部を複数備え、前記各加熱コイル部は、前記異型環状平面に沿う方向に所定の間隔をおいて配列し、それぞれの前記連結導体部分が前記異型環状平面の外側に突出するように、かつ、それぞれの前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置され、この径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を誘導加熱する高周波誘導加熱コイルを提供する。
また、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱する方法であって、互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された高周波誘導加熱コイルを用い、前記高周波誘導加熱コイルを、前記連結導体部分が異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置し、被加熱面である前記異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら、前記径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱方法を提供する。
また、本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱する方法であって、互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された加熱コイル部を複数備え、それらの加熱コイル部を前記異型環状平面に沿う方向に所定の間隔をおいて配列させた高周波誘導加熱コイルを用い、前記高周波誘導加熱コイルを、前記各加熱コイル部の前記連結導体部分が前記異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記各加熱コイル部の前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置し、被加熱面である前記異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら、前記径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱方法を提供する。
また、本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱する方法であって、互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された加熱コイル部を複数備え、それらの加熱コイル部を前記異型環状平面に沿う方向に所定の間隔をおいて配列させた高周波誘導加熱コイルを用い、前記高周波誘導加熱コイルを、前記各加熱コイル部の前記連結導体部分が前記異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記各加熱コイル部の前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置し、前記各加熱コイル部の前記一対の直線状加熱導体部分を前記異型環状平面の幅広な領域に位置させた状態で、該領域を前記径方向に流れる高周波誘導電流によって所定時間高周波誘導加熱し、次いで、被加熱面である前記異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら、前記径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面の前記幅広な領域と前記幅狭な領域の双方を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱方法を提供する。
この高周波誘導加熱方法は、前記幅広な領域の幅Ｗ１と前記幅狭な領域の幅Ｗ２との比がＷ１／ｗ２≧２である場合に特に有効である。
請求項１に記載の本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するに際し、一方の高周波電流と他方の高周波電流とが互いに反対方向に流れるように配置された一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分を具備し、一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分により異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すようにしたものであるから、幅広な領域と一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分との対向面積は相対的に大きくなると共に幅狭な領域と一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分との対向面積は相対的に小さくなるのに応じて、異型環状平面の幅広な領域、幅狭な領域にかかわらずに常に電流密度が一定になるため、すなわち、径方向に放射状に流れる高周波電流により発生して交差する磁束が異型環状平面の各部における面積に応じて変化するため（異型環状平面の幅広な領域と幅狭な領域とで磁束密度が一定となり、これにより単位面積当たりのエネルギーは異型環状平面の各部における面積の広狭にかかわりなく一定となる）、幅狭な領域及びその近傍を過熱、溶解させることなく、均等に加熱することができ、また幅広な領域及び幅狭な領域における焼入硬化層深さの差も少なくすることができる。
また、請求項２に記載の本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するに際し、一方の高周波電流が他方の高周波電流と互いに反対方向に流れるように配置された一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分を複数接続し、複数の直線状又は円弧状の加熱導体部分により異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すようにしたものであるから、加熱領域を広げることができて、より短時間で幅狭な領域及びその近傍を過熱、溶解させることなく、均等に加熱することができ、また幅広な領域及び幅狭な領域における焼入硬化層の深さの差も少なくすることができる。
また、請求項３に記載の本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するに際し、一方の高周波電流と他方の高周波電流とが互いに反対方向に流れるように配置された一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分を有する高周波誘導加熱コイルを用い、高周波誘導加熱コイルの直線状又は円弧状の加熱導体部分を異型環状平面の径方向に沿って、かつ、異型環状平面の表面から所定の距離を隔てて対向配置し、被加熱面である異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら異型環状平面を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、異型環状平面の幅狭な領域及びその近傍を過熱、溶解させることなく、異型環状平面の全域を均等に加熱することができ、また幅広な領域及び幅狭な領域における焼入硬化層の深さの差も少なくすることができる。
また、請求項４に記載の本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するに際し、一方の高周波電流と他方の高周波電流とが互いに反対方向に流れるように配置された一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分を複数接続して成る高周波誘導加熱コイルを用い、高周波誘導加熱コイルの直線状又は円弧状の加熱導体部分を異型環状平面の径方向に沿って、かつ、異型環状平面の表面から所定の距離を隔てて対向配置し、被加熱面である異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら異型環状平面を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、加熱領域を広げることができて、より短時間で幅狭な領域及びその近傍を過熱、溶解させることなく、均等に加熱することができ、また幅広な領域及び幅狭な領域における焼入硬化層の深さの差も少なくすることができる。
また、請求項５に記載の本発明は、径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するに際し、一方の高周波電流と他方の高周波電流とが互いに反対方向に流れるように配置された一対の直線状又は円弧状の加熱導体部分を複数接続して成る高周波誘導加熱コイルを用い、高周波誘導加熱コイルの直線状又は円弧状の加熱導体部分を異型環状平面の幅広な領域に対して異型環状平面の径方向に沿って、かつ、異型環状平面の表面から所定の距離を隔てて対向配置し、被加熱面である異径環状平面を有する被加熱物に所要時間にわたり回転させずに異型環状平面の幅広な領域を高周波誘導加熱し、しかる後に被加熱物を回転させて異型環状平面の幅広な領域及び幅狭な領域を高周波誘導加熱するようにしたものであるから、異型環状平面において特に幅広な領域と幅狭な領域の径方向の幅の差が大きい場合には、より短時間で幅狭な領域及びその近傍を過熱、溶解させることなく、異型環状平面の全域を均等に加熱することができ、また幅広な領域及び幅狭な領域における焼入硬化層の深さの差も少なくすることができる。
以下、本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱コイル及び高周波誘導加熱方法について図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図５において、図６〜図８と同様の部分には同一の符号を付すると共に、同一の機能を有する部分には共通の符号を付することとする。
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１の概観を示すものである。この高周波誘導加熱コイル１は、比較的に長い互いに平行な一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂと、これら一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂの一端部の間に直角に連結された比較的に短い直線状連結導体部分２ｃと、上述の一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂの他端部にそれぞれ接続されたほぼＬ字形状の給電リード部分３ａ，３ｂとから成り、これら一対の給電リード部３ａ，３ｂには高周波変成器（図示せず）を介して高周波電源４が接続されている。この高周波電源４より図示しない高周波変成器を介して高周波誘導加熱コイル１に高周波電力が給電されると、ある瞬間には、平面視でコ字形状をなす直線状加熱導体部分２ａ，２ｂ，２ｃには例えば図１において矢印βで示す経路に高周波電流が流れる。そして、次の瞬間には、矢印βとは逆の方向に高周波電流が流れ、このような高周波電流の交互の流れが生じる。このとき、一方の直線状加熱導体部分２ａに流れる高周波電流の方向β'と他方の直線状加熱導体部分２ｂに流れる高周波電流の方向β''は、互いに反対向きになる。
ここで、上述の高周波誘導加熱コイル１を用いてクラッチハブ１００の異型環状平面１００ａ（図２（ａ）及び図５（ａ）参照）に高周波焼入を行う際の手順を述べると、次の通りである。まず、高周波誘導加熱コイル１の一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂの下面２ｄを図２（ａ），（ｂ）に示すようにクラッチハブ１００の径方向に対して平行に配置し、かつ、異型環状平面１００ａとの間隔がＤとなるように設定する。なお、高周波誘導加熱コイル１の直線状の連結導体部分２ｃは、図２（ａ），（ｂ）に示すように異型環状平面１００ａの幅広な領域１００ｂ及び幅狭な領域１００ｃから平面視で外径側に突出した位置に配置する。次に、クラッチハブ１００をその軸線（中心軸）Ｍを中心に例えば図２（ａ）において矢印γで示す方向に回転させると共に（矢印γで示す方向とは逆の方向に回転させても良い）、高周波電源４から高周波変成器（図示せず）及び給電リード部３ａ，３ｂを順次に介して高周波誘導加熱コイル１の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂ，２ｃに高周波電流を供給する。
このとき、異型環状平面１００ａの表面全体において、一方の直線状加熱導体部分２ａとは逆方向であってクラッチハブ１００の径方向にほぼ沿って流れる誘導電流と、他方の直線状加熱導体部分２ｂとは逆方向であってクラッチハブ１００の径方向にほぼ沿って流れる誘導電流（環状経路を流れる電流）とが、図２の矢印γ方向に回転される異型環状平面１００ａの幅Ｗ1或いはＷ2（図８（ａ）参照）の領域すなわち異型環状平面１００ａの幅広（幅Ｗ1）な領域１００ｂ或いは異型環状平面１００ａの幅狭（幅Ｗ2）な領域１００ｃにおいて、回路Ｒ1或いはＲ2を形成するように誘導電流が流れることにより、異型環状平面１００ａの表面が誘導加熱される。このようにして異型環状平面１００ａの表面を所要の焼入温度まで高周波誘導加熱した後に、所要の焼入温度に加熱された異型環状平面１００ａの表面に図示しない冷却液噴射手段から冷却液を噴射することにより急速冷却して、図２（ｂ）に示すように異型環状平面１００ａの表面に焼入硬化層Ｓ4，Ｓ5を形成し、これにより一連の高周波焼入処理を完了する。この場合、幅広な領域１００ｂと一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂとの対向面積は相対的に大きくなると共に幅狭な領域１００ｃと一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂとの対向面積は相対的に小さくなるので、すなわち、径方向に放射状に流れる高周波電流により発生して交差する磁束が異型環状平面１００ａの各部における面積に応じて変化するため（幅広な領域１００ｂと幅狭な領域１００ｃとで磁束密度が一定となり、これにより単位面積当たりのエネルギーは異型環状平面１００ａの各部における面積の広狭にかかわりなく一定となる）、焼入硬化層深さに大きな差のない焼入硬化層Ｓ4，Ｓ5を形成することができる（図２（ｂ）参照）。
また、図３は、図１に示す高周波誘導加熱コイル１の一対の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂ及び直線状連結導体部分２ｃからそれぞれ成る平面視でほぼコ字形状の高周波誘導加熱部Ａ，Ｂ，Ｃを異型環状平面１００ａの軸線Ｍ（図２（ａ），（ｂ）参照）の周りに１２０°間隔で３箇所に配置し、３箇所に配置された高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃを直列に接続して成る高周波誘導加熱コイル６を示すものである。この高周波誘導加熱コイル６は、ある瞬間には図３において矢印δで示すように高周波電源４から図示しない高周波変成器及び給電リード部７ａ，７ｂを介して３つの高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃ（すなわち、３組の対になった直線状加熱導体部分２ａ，２ｂ）に高周波電流が流れ、次の瞬間には矢印δとは逆の方向に高周波電流が流れるように構成されている。なお、後述の如く、各高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの直線状加熱導体部分２ａ，２ｂの下面２ｄ（図２（ｂ）参照）、すなわち、異型環状平面１００ａの表面と対向する面は、互いに同一の平面上に配置されると共に、異型環状平面１００ａの表面に対して所定の間隔Ｄ（図２（ｂ）参照）を隔てて配置されるようになっている。
図４は、本実施形態の高周波誘導加熱コイル６を用いて異型環状平面１００ａの表面に高周波焼入処理を実施する方法を示す概念図である。高周波誘導加熱コイル６を用いて異型環状平面１００ａの表面に高周波焼入処理を行う手順は、前述した、高周波誘導加熱コイル１を用いる場合と同様である。具体的には、まず、高周波誘導加熱コイル６の軸線Ｎ（図３参照）と異型環状平面１００ａの軸線Ｍとを互いに一致させた状態の下で、同一平面上にある３つの高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの直線状加熱導体部分２ａ，２ｂをクラッチハブ１００の径方向に対して平行に配置し、かつ、これらの直線状加熱導体部分２ａ，２ｂの下面２ｄと異型環状平面１００ａの表面との間の距離がＤ（図２（ｂ）参照）となるように配置する。次いで、クラッチハブ１００の軸線Ｍを中心に例えば図４（ｂ）において矢印γで示す如く方向（これとは反対の方向であっても良い）にクラッチハブ１００を回転させると共に、高周波電源４から図示しない高周波変成器及び給電リード部７ａ、７ｂを順次に介して高周波誘導加熱コイル６の３つの高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃに高周波電流を供給する。これに伴い、これら３つの高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの直線状加熱導体部分２ａ，２ｂに流れる高周波電流にて異型環状平面１００ａの表面を所要の焼入温度まで高周波誘導加熱した後に、図示しない冷却手段により急速冷却することによって異型環状平面１００ａの表面（すなわち、幅広な領域１００ｂ及び幅狭な領域１００ｃの表面）に焼入硬化層を形成し、これにより一連の高周波焼入処理を完了する。この方法は、異型環状平面１００ａの幅広な領域１００ｂの幅Ｗ1と幅狭な領域１００ｃの幅Ｗ2（図７（ａ）参照）との差が少ない場合、より具体的には、幅Ｗ1と幅Ｗ2の比がＷ1／Ｗ2＜２である場合に特に有効である。なお、図４（ａ），（ｂ）において、矢印Ｒ3は幅広な領域１００ｂの表面に流れる誘導電流の経路であり、矢印Ｒ4は幅狭な領域１００ｃに流れる誘導電流の経路である。
一方、前述した幅広な領域１００ｂの幅Ｗ1と幅狭な領域１００ｃの幅Ｗ2との比がＷ1／Ｗ2≧２である場合の高周波焼入処理手順は、以下の通りである。まず、高周波誘導加熱コイル６の軸線Ｎと異型環状平面１００ａの軸線Ｍを一致させた状態で同一平面上にある各３組の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂの下面２ｃと異型環状平面１００ａの表面との距離を既述の場合と同様にＤとなるように配置するが、このとき図４（ａ）に示す如く、３つの高周波誘導加熱コイルＡ，Ｂ，Ｃの各３組の直線状加熱導体部分２ａ，２ｂがそれぞれ幅広な領域１００ｂの中央（クラッチハブ１００の周方向における中央部）に位置するように、異型環状平面１００ａを有するクラッチハブ１００の位相を予め決めておく。この状態の下で、所要の時間にわたりクラッチハブ１００に回転を与えずに、異型環状導体１００ａの幅広な領域１００ｂだけを高周波誘導加熱する。
そして、クラッチハブ１００を回転させない状態（回転停止状態）の下で異型環状平面１００ａの幅広な領域１００ｂが所要の温度に到達した後に、図４（ｂ）に示す如くクラッチハブ１００に例えば矢印γ方向に回転させながら幅広な領域１００ｂ並びに幅狭な領域１００ｃの両部の高周波誘導加熱を行ない、これに伴って異型環状平面１００ａの全体が所要の焼入温度に到達した時点で、所要の焼入温度に高周波加熱された上述の幅広な領域１００ｂ並びに幅狭な領域１００ｃの両部に図示しない冷却手段により冷却液を噴射して急速冷却することによってこれら両部１００ｂ，１００ｃの表面に焼入硬化層を形成し、これにより一連の高周波焼入処理を完了する。
このような高周波焼入方法によれば、Ｗ1／Ｗ2≧２である場合であっても、異型環状平面１００ａの全面加熱（クラッチハブ１００の回転に伴う幅広な領域１００ｂ並びに幅狭な領域１００ｃの両部の高周波誘導加熱）に先立って、被加熱部位の体積（熱容量）が大きいために加熱され難い幅広領域１００ｂを予め加熱しておくことにより、加熱され難い幅広領域１００ｂと加熱され易い幅狭な領域１００ｃとの温度差をなくすことができ、これに応じて図５（ｂ）に示すように異型環状平面１００ａの全域にわたり均一な深さの焼入硬化層Ｓ6，Ｓ7を形成することができる。
以下に、本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱コイル６を用いて高周波焼入処理する場合の実施例（具体例）を示す。
実施例
［１］ 焼入対象部品 ： クラッチハブ
（ａ） 幅広部Ｗ1 ： １２ｍｍ
（ｂ） 幅狭部Ｗ2 ： ５ｍｍ
（ｃ） Ｗ1／Ｗ2 ： １２／５＝２.４≧２
（ｄ） 幅広部の外径 ： ４８ｍｍ
［２］ 高周波焼入条件
（ａ） 周波数 ： ６０ｋＨz
（ｂ） 停止加熱出力 ： ２８.５ｋＷ
（ｃ） 回転加熱出力 ： ３５.５ｋＷ
（ｅ） 停止加熱時間 ： ０.３ｓｅｃ
（ｆ） 回転加熱時間 ： ２.７ｓｅｃ
（ｇ） 加熱後空冷時間 ： ０.５ｓｅｃ
（ｈ） 冷却時間 ： ５.０ｓｅｃ
（ｉ） 高周波誘導加熱コイルと
環状平面との距離Ｄ ： １.５ｍｍ
（ｊ） クラッチハブの回転数 ： ２４０r.p.ｍ.
上記の条件の下で高周波焼入処理を実施したところ幅広な領域１００ｂの焼入硬化層深さは１.６ｍｍ、幅狭な領域１００ｃの焼入硬化層深さは１.７ｍｍで、その差は０.１ｍｍであり、異型環状平面１００ａの表面全域で均一な深さの焼入硬化層が形成されていることが確認された。さらに、焼入条件を変更することにより、幅広な領域１００ｂの焼入深さを幅狭な部分１００ｃの焼入深さよりも深くすることができることが確認できた。
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、既述の第２の実施形態では３つの高周波誘導加熱コイル部Ａ，Ｂ，Ｃ（すなわち、３組の対になった直線状加熱導体部分２ａ，２ｂ）を有する高周波誘導加熱コイル６について説明したが、被焼入平面の形状（幅広部１００ｂ及び幅狭部１００ｃの数）に応じてその数を増減しても良い。また、対になった加熱導体部分２ａ，２ｂは直線状ではなく、円弧状であっても良く、この場合には、円弧状の一対の加熱導体部分が異径環状平面１００の径方向に沿って配置するようにすれば良い。また、本発明に係る高周波誘導加熱コイル及び高周波誘導加熱方法は、クラッチハブ１００の異径環状平面１００ａに限らず、その他の各種の部材の異径環状平面に対しても適用可能である。そして、既述の実施形態では高周波焼入処理を行うための高周波誘導加熱コイル１，６について述べたが、高周波焼戻処理を行うための高周波誘導加熱コイルにも本発明を適用可能であることは言うまでもない。
本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイルの概観斜視図である。 図１の高周波誘導加熱コイルとこの高周波誘導加熱コイルにより高周波誘導加熱される異型環状平面との配置関係並びに異型環状平面内での誘導電流の経路を示すものであって、図２（ａ）は上述の配置関係を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の別の実施形態に係る高周波誘導加熱コイルの平面図である。 図３の高周波誘導加熱コイルによりクラッチハブの異径環状平面を高周波誘導加熱する方法を説明するためのものであって、図４（ａ）はクラッチハブに回転を与えずに図３の高周波誘導加熱コイルをクラッチハブの異径環状平面の幅広な領域に対応配置した状態を示す平面図、図４（ｂ）は上述の幅広な領域を高周波誘導加熱した後にクラッチハブを回転させながらクラッチハブの異径環状平面の全域を高周波誘導加熱している状態を示す平面図である。 被加熱物であるクラッチハブを示すものであって、図５（ａ）はクラッチハブの平面図、図５（ｂ）は図５におけるＹ−Ｙ線断面図である。 環状平面の径方向の幅が一定な均等環状平面を有するクラッチハブを示すものであって、図６（ａ）はこのクラッチハブの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＺ−Ｚ線断面図である。 図６のクラッチハブの均等環状平面を高周波誘導加熱するために用いられる従来の高周波誘導加熱コイルの概観斜視図である。 異径環状平面を有するクラッチハブを示すものであって、図８（ａ）は図７の従来の高周波誘導加熱コイルによりクラッチハブの異径環状平面を高周波誘導加熱した場合における異径環状平面内での誘導電流の経路を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＰ−Ｐ線断面図であってクラッチハブの異径環状平面と高周波誘導加熱コイルとの配置関係を示す断面図である。
符号の説明
１ 高周波誘導加熱コイル
２ａ，２ｂ 直線状加熱導体部分
２ｃ 連結導体部分
２ｄ 下面
３ａ，３ｂ 給電リード部
４ 高周波電源
６ 高周波誘導加熱コイル
７ａ，７ｂ 給電リード部
１００ クラッチハブ
１００ａ 異径環状平面
１００ｂ 幅広な領域（幅広部）
１００ｃ 幅狭な領域（幅狭部）

Claims (6)

  1. 径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するコイルであって、
    互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、前記一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成され、
    前記連結導体部分が異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置され、この径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を誘導加熱することを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
  2. 径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱するコイルであって、
    互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された加熱コイル部を複数備え、
    前記各加熱コイル部は、前記異型環状平面に沿う方向に所定の間隔をおいて配列し、それぞれの前記連結導体部分が前記異型環状平面の外側に突出するように、かつ、それぞれの前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置され、この径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を誘導加熱することを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
  3. 径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱する方法であって、
    互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された高周波誘導加熱コイルを用い、
    前記高周波誘導加熱コイルを、前記連結導体部分が異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置し、
    被加熱面である前記異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら、前記径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴とする高周波誘導加熱方法。
  4. 径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱する方法であって、
    互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された加熱コイル部を複数備え、それらの加熱コイル部を前記異型環状平面に沿う方向に所定の間隔をおいて配列させた高周波誘導加熱コイルを用い、
    前記高周波誘導加熱コイルを、前記各加熱コイル部の前記連結導体部分が前記異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記各加熱コイル部の前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置し、
    被加熱面である前記異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら、前記径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴とする高周波誘導加熱方法。
  5. 径方向に幅広な領域と幅狭な領域とを有する異型環状平面を高周波誘導加熱する方法であって、
    互いに平行な一対の直線状加熱導体部分と、この一対の直線状加熱導体部分の一端部の間に連結された連結導体部分とによって構成された加熱コイル部を複数備え、それらの加熱コイル部を前記異型環状平面に沿う方向に所定の間隔をおいて配列させた高周波誘導加熱コイルを用い、
    前記高周波誘導加熱コイルを、前記各加熱コイル部の前記連結導体部分が前記異型環状平面の外側に突出するように、かつ、前記各加熱コイル部の前記一対の直線状加熱導体部分の他端部間への給電によって該一対の直線状加熱導体部分が前記異型環状平面の径方向に高周波誘導電流を流すように配置し、
    前記各加熱コイル部の前記一対の直線状加熱導体部分を前記異型環状平面の幅広な領域に位置させた状態で、該領域を前記径方向に流れる高周波誘導電流によって所定時間高周波誘導加熱し、
    次いで、被加熱面である前記異型環状平面を有する被加熱物を回転させながら、前記径方向に流れる高周波誘導電流によって前記異型環状平面の前記幅広な領域と前記幅狭な領域の双方を高周波誘導加熱するようにしたことを特徴とする高周波誘導加熱方法。
  6. 前記幅広な領域の幅Ｗ１と前記幅狭な領域の幅Ｗ２との比がＷ１／ｗ２≧２であることを特徴とする請求項５記載の高周波誘導加熱方法。
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