JP5346368B2 - 高周波誘導加熱コイル - Google Patents

Description

本発明は、高周波焼入処理に用いられる高周波誘導加熱コイルに関する。

一般的に、シャフト等のように細長形状に形成された鉄鋼部材の表面全体には、高周波誘導加熱による高周波焼入処理（以下、「焼入処理」という）が施されている。例えば、非特許文献１に開示されるように、焼入処理には、鉄鋼部材の表面を加熱する高周波誘導加熱コイル（以下、「加熱コイル」という）と、この加熱コイルにより加熱された後に赤熱状態になっている鉄鋼部材の表面を冷却する冷却器とが用いられている。このような焼入処理において、鉄鋼部材が加熱コイル及び冷却器に対して鉄鋼部材の長手方向に相対的に移動して、鉄鋼部材の表面全体に焼入処理が施されることとなる。

焼入処理に関する一例として、図４に、ソレノイドコイル方式の焼入装置１０を示す。ソレノイドコイル方式の焼入装置１０には、加熱コイルとして円筒形状の銅パイプを螺旋形状に巻くことによって形成されたソレノイドコイル１１と、環状に形成された冷却器Ｃとが設けられている。このソレノイドコイル１１は、冷却器Ｃに対してソレノイドコイル１１の軸線方向に間隔を空けて配置されている。ソレノイドコイル１１には、銅パイプ内の空間によって冷却水経路１２が形成され、冷却水経路１２にソレノイドコイル１１用の冷却水が通るように構成されている。また、冷却器Ｃの内周部分には、ソレノイドコイル１１から冷却器Ｃに向かう方向に進むに従って冷却器Ｃの中心側から外周側に傾斜する傾斜面ｃ１が形成されている。この傾斜面ｃ１には複数の貫通孔ｃ２が形成されており、冷却液ｃが貫通孔ｃ２から噴射可能となっている。

ソレノイドコイル方式の焼入装置１０における焼入処理の際には、鉄鋼部材Ｓがソレノイドコイル１１から冷却器Ｃに向かうように矢印Ａの方向に挿通され、鉄鋼部材Ｓの表面とソレノイドコイル１１の内周との間に間隔を空けた状態で、鉄鋼部材Ｓの表面がソレノイドコイル１１によって加熱される。このとき、ソレノイドコイル１１の長手方向の範囲内で鉄鋼部材Ｓの表面に焼入硬化層ｔ１（図４で斜線部により示す）が形成され、この焼入硬化層ｔ１の形状はソレノイドコイル１１の長手方向中央部分で最も深くなる円弧形状に形成される。その後、鉄鋼部材Ｓが、ソレノイドコイル１１から冷却器Ｃに向かうようにソレノイドコイル１１及び冷却器Ｃに対して相対的に移動し、加熱により赤熱状態となっている鉄鋼部材Ｓの表面に、冷却器Ｃによって冷却液ｃが噴射され、鉄鋼部材Ｓの表面が冷却されることとなる（後述する図７（ａ）及び図７（ｂ）で網掛部により示す）。

焼入処理に関する別の一例として、図５に、第１の二巻型コイル方式の焼入装置２０を示す。第１の二巻型コイル方式の焼入装置２０では、加熱コイルとして構成される二巻型コイル２１と、図４のソレノイドコイル方式の焼入装置１０と同様の冷却器Ｃとが設けられている。この二巻型コイル２１は、環状かつ中空に形成された主加熱導体２２及び補助加熱導体２３から構成されており、補助加熱導体２３の内径は主加熱導体２２の内径より大きく形成されている。主加熱導体２２は、補助加熱導体２３に対して冷却器Ｃ側で補助加熱導体２３と並ぶように配置されている。主加熱導体２２の内周面２２ａと冷却器Ｃ側に位置する主加熱導体２２の端面２２ｂとの間における角部２２ｃは、略直角に形成されており、主加熱導体２２の鉄鋼部材Ｓに接近する部位の中で最も鋭くなっている。主加熱導体２２の内部には、主加熱導体２２用の冷却水を通す冷却水経路２４が設けられ、冷却水経路２４の断面は、主加熱導体２２の断面外形に対応して形成されている。補助加熱導体２３の断面外形は四角形状に形成されている。補助加熱導体２３の内部には、補助加熱導体２３用の冷却水を通す冷却水経路２５が設けられ、冷却水経路２５の断面は補助加熱導体２３の断面外形に対応して四角形状に形成されている。

第１の二巻型コイル方式の焼入装置２０における焼入処理の際には、鉄鋼部材Ｓが主加熱導体２２から冷却器Ｃに向かうように矢印Ａの方向に挿通され、鉄鋼部材Ｓの表面と補助加熱導体２３の内周との間に間隔を空けた状態で、焼入品質を高めるために鉄鋼部材Ｓの表面が補助加熱導体２３によって予備的に加熱された後に、予備的に加熱された鉄鋼部材Ｓの表面が主加熱導体２２によって加熱される。このとき、二巻型コイル２１の長手方向の範囲内で鉄鋼部材Ｓの表面に焼入硬化層ｔ２（図５で斜線部により示す）が形成され、この焼入硬化層ｔ２の形状は主加熱導体２２に対応する位置で最も深くなる湾曲形状に形成される。その後の冷却器Ｃによる冷却は、ソレノイドコイル方式の焼入装置１０の場合と同様である。

焼入処理に関するさらなる別の一例として、図６に、第２の二巻型コイル方式の焼入装置３０を示す。第２の二巻型コイル方式の焼入装置３０では、加熱コイルとして構成される二巻型コイル３１と、ソレノイドコイル方式の焼入装置１０と同様の冷却器Ｃとが設けられている。この二巻型コイル３１は、環状かつ中空に形成された２つの加熱導体３２から構成されている。２つの加熱導体３２は、それらの厚さ方向に並んで配置されており、２つの加熱導体３２の形状は、互いに対して厚さ方向に対称に形成されている。加熱導体３２の内周面３２ａと二巻型コイル３１の厚さ方向中央側に位置する加熱導体３２の端面３２ｂとの間における角部３２ｃは、略直角に形成されており、加熱導体３２の鉄鋼部材Ｓに接近する部位の中で最も鋭くなっている。加熱導体３２の内部には、加熱導体３２用の冷却水を通す冷却水経路３３が設けられ、冷却水経路３３の断面は加熱導体３２の外形に対応して形成されている。

第２の二巻型コイル方式の焼入装置３０における焼入処理の際には、鉄鋼部材Ｓが加熱導体３２から冷却器Ｃに向かうように矢印Ａの方向に挿通され、鉄鋼部材Ｓの表面と加熱導体３２の内周との間に間隔を空けた状態で、鉄鋼部材Ｓの表面が２つの加熱導体３２によって加熱される。このとき、二巻型コイル３１の長手方向の範囲内で鉄鋼部材Ｓの表面に焼入硬化層ｔ３（図６で斜線部により示す）が形成され、この焼入硬化層ｔ３の形状は略楕円形状に形成される。その後の冷却器Ｃによる冷却は、ソレノイドコイル方式の焼入装置１０の場合と同様である。

高橋勘次郎著、「高周波の工業への応用：誘導加熱・誘電加熱・超音波」、東京電機大学出版局、昭和５２年 ３月、ｐ．７０

ここで、一般的にメーカー等にて設計条件等に基づいて定められている熱処理規格（以下、「熱処理規格」という）では、焼入硬化層の領域と未焼入領域との境界（以下、「焼境」という）が、鉄鋼部材Ｓの長手方向端部近傍における長手方向の所定の範囲（以下、「焼境範囲」という）内に位置することが要求されている。さらに、このような熱処理規格では、焼境範囲内の焼入硬化層の最大深さ又は鉄鋼部材の端部から所定の距離における焼入硬化層の深さ（以下、「端部近傍の所要深さ」という）が所定の閾値ｈ０以上となることが要求されている。そして、これらの熱処理規格に対して焼境の位置及び端部近傍の所要深さを調節し易くするためには、加熱コイルによる加熱範囲をできる限り狭くすることが有効である。しかしながら、従来におけるソレノイドコイル方式の焼入装置１０では、ソレノイドコイル１１が長手方向に大きく延びており、さらに、ソレノイドコイル１１によって形成される焼入硬化層ｔ１の形状が、ソレノイドコイル１１の長手方向中央部分で最も深くなる円弧形状となっているので、ソレノイドコイル１１の長手方向両端部分では、焼入硬化層ｔ１の深さが緩やかに減少している。そのため、鉄鋼部材Ｓの中間部分での焼入硬化層ｔ１の調節は困難ではないが、鉄鋼部材Ｓの両端部、すなわち、焼入開始部分及び焼入終了部分では、焼境の位置、及び焼入硬化層ｔ１の深さを調節することが難くなっている。その結果、図７（ａ）に示されるように、焼入終了部分における焼入硬化層ｔ１の焼境ｂ１が焼境範囲Ｂ内に位置するように調節された場合、端部近傍の所要深さｈ１が所定の閾値ｈ０より小さくなるおそれがある。その一方で、図７（ｂ）に示されるように、端部近傍の所要深さｈ１’が所定の閾値ｈ０より大きくなるように調節された場合、焼入終了部分における焼入硬化層ｔ１の焼境ｂ１’が、焼境範囲Ｂ内に位置しなくなるおそれがある。また、焼入開始部分でも同様の問題が起こり得る。

従来における第１の二巻型コイル方式の焼入装置２０では、二巻型コイル２１の厚さは、ソレノイドコイル１１の長手方向の大きさより小さく形成されており、二巻型コイル２１の長手方向両端部分では、ソレノイドコイル１１と比較して、焼境の位置、及び焼入硬化層ｔ２の深さが調節し易くなっている。しかしながら、二巻型コイル２１によって形成された焼入硬化層ｔ２の形状は、主加熱導体２２に対応して偏った位置で最も深くなる湾曲形状となっており、補助加熱導体２３に対応する位置では、焼入硬化層ｔ２の深さが緩やかに減少している。そのため、焼入終了部分で、焼境の位置及び焼境周辺における焼入硬化層ｔ２の深さを調節することが難くなっている。その結果、図８（ａ）に示されるように、焼入終了部分における焼入硬化層ｔ２の焼境ｂ２が焼境範囲Ｂ内に位置するように調節された場合、端部近傍の所要深さｈ２が所定の閾値ｈ０より小さくなるおそれがある。その一方で、図８（ｂ）に示されるように、端部近傍の所要深さｈ２’が所定の閾値ｈ０より大きくなるように調節された場合、焼入終了部分における焼入硬化層ｔ２の焼境ｂ２’が焼境範囲Ｂ内に位置しなくなるおそれがある。また、主加熱導体２２の角部２２ｃは、高周波電流の集中により発熱し易くなっており、さらに、冷却水経路２４から離れていることによって冷却され難くなっている。そのため、主加熱導体２２の角部２２ｃが早期に破損し易くなっている。

従来における第２の二巻型コイル方式の焼入装置３０でもまた、二巻型コイル３１の厚さが、ソレノイドコイル１１の長手方向の大きさより小さく形成されており、二巻型コイル３１の長手方向両端部分では、ソレノイドコイル１１と比較して、焼境の位置、及び焼入硬化層の深さを調節し易くなっている。しかしながら、第２の二巻型コイル方式の焼入装置３０では、２つの加熱導体３２の角部３２ｃが、高周波電流の集中により発熱し易くなっており、さらに、冷却水経路３３から離れていることによって冷却され難くなっている。そのため、２つの加熱導体３２の角部３２ｃが早期に破損し易くなっている。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、焼境の位置、及び焼境周辺での焼入硬化層の深さを調節し易くし、かつ高い耐久性を有する高周波誘導加熱コイルを提供することにある。

課題を解決するために、本発明の一態様における高周波誘導加熱コイルは、
高周波焼入処理に用いられる高周波誘導加熱コイルにおいて、
環状に形成された１つの主加熱導体及び２つの補助加熱導体を備え、
前記補助加熱導体の内径が前記主加熱導体の内径より大きく形成され、
前記補助加熱導体が前記主加熱導体の厚さ方向両端側のそれぞれに並んで配置され、
前記２つの補助加熱導体が互いに並列に接続され、かつ前記主加熱導体と前記２つの補助加熱導体の組合せとが直列に接続されて、前記主加熱導体の電流と前記２つの補助加熱導体の電流とが同一の周方向に流れるように構成されている。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明の一態様における高周波誘導加熱コイルは、
高周波焼入処理に用いられる高周波誘導加熱コイルにおいて、
環状に形成された１つの主加熱導体及び２つの補助加熱導体を備え、
前記補助加熱導体の内径が前記主加熱導体の内径より大きく形成され、
前記補助加熱導体が前記主加熱導体の厚さ方向両端側のそれぞれに並んで配置され、
前記２つの補助加熱導体が互いに並列に接続され、かつ前記主加熱導体と前記２つの補助加熱導体の組合せとが直列に接続されて、前記主加熱導体の電流と前記２つの補助加熱導体の電流とが同一の周方向に流れるように構成されている。
そのため、高周波誘導加熱コイルにより焼入対象物の表面に形成される焼入硬化層の形状が、高周波加熱コイルの厚さ方向両側で同じように形成されることとなる。よって、このような高周波誘導加熱コイルを用いて焼入対象物に高周波焼入処理を施した場合、焼入開始部分及び焼入終了部分の両方において、焼入硬化層の領域と未焼入領域との境界（以下、「焼境」という）の位置及び焼入硬化層の深さを最適に調節することができる。また、主加熱導体の厚さ方向両側に補助導体が接続されるため、主加熱導体に高周波電流が局所的に流れることを防止できる。よって、主加熱導体の耐久性を高めることができ、高周波誘導加熱コイルの耐久性を高めることができる。さらに、主加熱導体に高周波電流が局所的に流れることが防止されることに伴って、主加熱導体の厚さを薄くして加熱幅を狭くすることができるので、このことによってもまた、焼入開始部分及び焼入終了部分における焼境の位置及び焼入硬化層の深さを最適に調節することができる。

本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱コイルを備える高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の一部を加熱した状態を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱コイルの電気的な接続を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱コイルを備える高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の焼入開始部分に高周波焼入処理を施した状態を模式的に示す縦断面図である。（ｂ）は、本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱コイルを備える高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の焼入終了部分に高周波焼入処理を施した状態を模式的に示す縦断面図である。 従来におけるソレノイドコイル方式の高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の一部を加熱した状態を模式的に示す縦断面図である。 従来における第１の二巻型コイル方式の高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の一部を加熱した状態を模式的に示す縦断面図である。 従来における第２の二巻型コイル方式の高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の一部を加熱した状態を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来におけるソレノイドコイル方式の高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の焼入終了部分に熱処理規格を満足しない高周波焼入処理を施した状態を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来における第１の二巻型コイル方式の高周波焼入装置を用いて、焼入対象物の焼入終了部分に熱処理規格を満足しない高周波焼入処理を施した状態を模式的に示す縦断面図である。

本発明の実施形態に係る高周波加熱コイル（以下、「加熱コイル」という）を備える高周波焼入装置（以下、「焼入装置」という）について以下に説明する。
図１に示すように、焼入装置１は、焼入対象物である鉄鋼部材Ｓの表面を加熱する加熱コイル２と、従来におけるソレノイドコイル方式の焼入装置１０と同様の冷却器Ｃとを備えている。加熱コイル２と冷却器Ｃとは、加熱コイル２の厚さ方向（矢印Ａに沿った方向）に互いに間隔を空けて配置されている。加熱コイル２は環状に形成された１つの主加熱導体３を備えており、主加熱導体３は内径ｄ１を有している。さらに、加熱コイル２は、環状に形成される２つの補助加熱導体４を備えており、補助加熱導体４は内径ｄ２を有している。

ここで、主加熱導体３及び補助加熱導体４の詳細について説明する。
図１を参照すると、補助加熱導体４は、主加熱導体３の厚さ方向両端側のそれぞれに並んで配置されている。環状の主加熱導体３の中心と、環状の補助加熱導体４の中心と、冷却器Ｃの中心とは同一軸線上に配置されている。主加熱導体３の断面は、この主加熱導体３の厚さ方向中心を基準として対称に形成されている。より詳細には、主加熱導体３の断面外形は略四角形状に形成され、加熱コイル２の内周側に位置する主加熱導体３の断面外形の両角部にはテーパ３ａが形成されている。主加熱導体３の断面内部には四角形状の冷却水経路５が形成され、この冷却水経路５に、主加熱導体３を冷却する冷却水を通すことができるように構成されている。２つの補助加熱導体４の断面は、互いに対して加熱コイル２の厚さ方向に対称に形成されている。より詳細には、補助加熱導体４の内周面４ａと加熱コイル２の厚さ方向外側における補助加熱導体４の端面４ｂとの間には傾斜面４ｃが形成されている一方で、補助加熱導体４の内周面４ａと加熱コイル２の厚さ方向中央側における補助加熱導体４の端面４ｄとの間における角部４ｅは、略直角に形成されている。補助加熱導体４の断面内部には補助加熱導体４の外形に対応して冷却水経路６が形成され、この冷却水経路６に、補助加熱導体４を冷却する冷却水を通すことができるように構成されている。補助加熱導体４の内径ｄ２は主加熱導体３の内径ｄ１より大きく形成されており、補助加熱導体４は主加熱導体３に対して外周側にシフトして配置されている。

特に、鉄鋼部材Ｓを主加熱コイル３及び２つの補助加熱コイル４に挿通した際に、鉄鋼部材Ｓの表面と主加熱導体３の内周との距離ｌ１に対して、鉄鋼部材Ｓの表面と補助加熱導体４の内周との距離ｌ２が２倍以上となっていると好ましい。

次に、主加熱導体３と２つの補助加熱導体４との電気的な接続関係について説明する。
図２を参照すると、２つの補助加熱導体４が互いに並列に接続され、電源Ｐと、主加熱導体３と、２つの補助加熱導体４の組合せとが直列に接続されており、主加熱導体３の電流Ｉ１と２つの補助加熱導体４の電流Ｉ２とが同一の周方向に流れるように構成されている。補助加熱導体３の電流Ｉ２の大きさは主加熱導体３の電流の大きさに対して約半分となっており、２つの補助加熱導体３にそれぞれ流れる電流Ｉ２の大きさは略等しくなっている。

このような焼入装置１を用いて鉄鋼部材Ｓの表面の一部に焼入処理を施す方法について説明する。
図１に示すように、鉄鋼部材Ｓを加熱コイル２から冷却器Ｃに向かうように矢印Ａの方向に挿通する。このとき、鉄鋼部材Ｓの表面と主加熱導体３の内周との間隔は距離ｌ１に維持され、鉄鋼部材Ｓの表面と補助加熱導体４の内周との間隔は距離ｌ２に維持される。このような状態で、鉄鋼部材Ｓの表面は加熱コイル２によって加熱されて、鉄鋼部材Ｓの表面に焼入硬化層ｔ（図１で斜線部により示す）が形成される。この焼入硬化層ｔは、加熱コイル２の厚さ方向中心を基準として加熱コイル２の厚さ方向に対称に形成される。ここで、補助加熱導体４は、その傾斜面４ｃによって鉄鋼部材Ｓの表面から離れているので、鉄鋼部材Ｓの表面の予備加熱のために主に用いられることとなる。そのため、焼入硬化層ｔにおける加熱コイル２の厚さ方向両側部分の深さが急激に減少して、焼入硬化層ｔの領域と未焼入領域との境界（以下、「焼境」という）の位置、及び焼境周辺における焼入硬化層の深さを最適に調節することができる。

特に、鉄鋼部材Ｓを主加熱コイル３及び２つの補助加熱コイル４に挿通した際に、鉄鋼部材Ｓの表面と主加熱導体３の内周との距離ｌ１に対して、鉄鋼部材Ｓの表面と補助加熱導体４の内周との距離ｌ２が２倍以上となっている場合、焼入硬化層における高周波加熱コイルの厚さ方向両側部分の深さが急激に減少するので、焼境の位置、及び焼境周辺での焼入硬化層の深さを最適に調節することができる一方で、補助加熱導体４による予備加熱が十分に行われるので、焼入品質が損なわれることもない。

焼入装置１を用いて鉄鋼部材Ｓの表面の全体に焼入処理を施す方法について説明する。
図３（ａ）に示すように、鉄鋼部材Ｓを加熱コイル２から冷却器Ｃに向かうように矢印Ａの方向に挿通する。図３（ａ）に示すような鉄鋼部材Ｓの焼入開始部分から図３（ｂ）に示すような焼入終了部分に向かって、鉄鋼部材Ｓの表面が連続的に加熱された後に、この加熱された表面が、冷却器Ｃによって鉄鋼部材Ｓの焼入開始部分から焼入終了部分に向かって連続的に冷却される。これによって、焼入硬化層ｔが鉄鋼部材Ｓの焼入開始部分から焼入終了部分に向かって延びるように形成される。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）の焼入硬化層ｔでは、加熱コイル２によって加熱されただけの領域を斜線部によって示し、加熱コイル２によって加熱された後に冷却器Ｃによって冷却された領域を網掛部によって示している。

このように鉄鋼部材Ｓの表面全体に焼入処理が施された状態では、図３（ａ）に示すように、鉄鋼部材Ｓの焼入開始部分にて、一般的にメーカー等にて設計条件等に基づいて定められている熱処理規格（以下、「熱処理規格」という）を満足するように、焼境ｂが鉄鋼部材Ｓの長手方向端部近傍における長手方向の所定の範囲（以下、「焼境範囲」という）Ｂ内に位置し、かつ焼境範囲Ｂ内の焼入硬化層ｔの最大深さ又は鉄鋼部材の端部から所定の距離における焼入硬化層ｔの深さ（以下、「端部近傍の所要深さ」という）ｈが所定の閾値ｈ０以上となる。また、図３（ｂ）に示すように、鉄鋼部材Ｓの焼入終了部分でも同様に、熱処理規格で定められるように、焼境ｂ’が焼境範囲Ｂ内に位置し、かつ端部近傍の所要深さｈ’が所定の閾値ｈ０以上となる。上述したように、鉄鋼部材Ｓの表面の一部を焼入した場合の焼入硬化層ｔは、鉄鋼部材Ｓの長手方向に短くなっており、かつ焼入硬化層ｔにおける加熱コイル２の厚さ方向両側部分の深さが急激に減少するためである。

以上のように本発明の実施形態によれば、加熱コイル２により鉄鋼部材Ｓの表面に形成される焼入硬化層ｔの形状が、加熱コイル２の厚さ方向両側で同じように形成されることとなる。よって、このような加熱コイル２を用いて鉄鋼部材Ｓに焼入処理を施した場合、焼入開始部分及び焼入終了部分の両方において、焼境ｂ，ｂ’の位置及び焼入硬化層ｔの深さを最適に調節することができる。また、主加熱導体３の厚さ方向両側に補助導体が接続されるため、主加熱導体３に高周波電流が局所的に流れることを防止できる。よって、主加熱導体３の耐久性を高めることができ、加熱コイル２の耐久性を高めることができる。さらに、主加熱導体３に高周波電流が局所的に流れることが防止されることに伴って、主加熱導体３の厚さを薄くして加熱幅を狭くすることができるので、このことによってもまた、焼入開始部分及び焼入終了部分における焼境ｂ，ｂ’の位置及び焼入硬化層ｔの深さを最適に調節することができる。

ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述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。

［実施例］
本発明の実施例として、本発明の実施形態に係る加熱コイル２を有する焼入装置１を用いて焼入対象物に焼入処理を施した。ここで、焼入対象物は、直径３２ｍｍかつ長さ２００ｍｍの円柱形状に形成された鉄鋼部材とし、焼入条件は、周波数３．３ｋＨｚ、加熱出力２８８ｋＷ、及び焼入対象物の相対移動速度４５ｍｍ／ｓｅｃとする。熱処理規格については、焼境範囲Ｂを、鉄鋼部材の長手方向端から６．５ｍｍから１４ｍｍまでの範囲に定めた。また、端部近傍の所要深さの閾値ｈ０を５ｍｍに定め、鉄鋼部材の長手方向端から１８．５ｍｍまでの間でこの閾値ｈ０以上となることを条件とした。このような条件で鉄鋼部材の表面に焼入処理を施した結果、加熱コイル２内を流れる冷却水の温度は１３．８度となった。なお、鉄鋼部材の表面に形成された焼入硬化層の深さは６ｍｍとなった。また、焼入開始部分の焼境周辺における焼入硬化層の形状と、焼入終了部分の焼境周辺における焼入硬化層の形状とはほぼ同等となっていた。さらに、焼境は、鉄鋼部材の長手方向端から１０．２ｍｍに位置しており、焼境範囲Ｂ内に位置することとなった。端部近傍の所要深さは、鉄鋼部材の長手方向端から１６．５ｍｍの位置で、５ｍｍに定めた閾値ｈ０以上の値を確保した。よって、熱処理規格は満たされていた。

［比較例］
本発明の比較例として、従来における第１の二巻型コイル方式の焼入装置２０及び第２の二巻型コイル方式の焼入装置３０をそれぞれ用いて、上述の実施例と同様の条件で、焼入対象物に焼入処理を施した。その結果、焼入処理の際、加熱コイル２１，３１内を流れる冷却水の温度は２４．２度となった。

実施例の冷却水の温度は比較例の冷却水の温度と対比して約４３％減少している。そのため、本発明の実施形態に係る加熱コイル２は、従来の加熱コイルと比較して温度上昇し難くなっており、高い耐久性を有することが確認できた。

１ 高周波焼入装置
２ 高周波誘導加熱コイル（加熱コイル）
３ 主加熱導体
４ 補助加熱導体
Ｓ 鉄鋼部材
Ｃ 冷却器
ｃ 冷却液
ｃ１ 傾斜面
ｃ２ 貫通孔
Ｐ 電源
Ｉ１，Ｉ２ 電流
ｄ１，ｄ２ 内径
ｌ１，ｌ２ 距離
ｔ 焼入硬化層
Ｂ 焼境範囲
ｂ，ｂ’ 焼境
ｈ，ｈ’ 深さ
Ａ 矢印

Claims (1)

1. 高周波焼入処理に用いられる高周波誘導加熱コイルにおいて、
   環状に形成された１つの主加熱導体及び２つの補助加熱導体を備え、
   前記補助加熱導体の内径が前記主加熱導体の内径より大きく形成され、
   前記補助加熱導体が前記主加熱導体の厚さ方向両端側のそれぞれに並んで配置され、
   前記２つの補助加熱導体が互いに並列に接続され、かつ前記主加熱導体と前記２つの補助加熱導体の組合せとが直列に接続されて、前記主加熱導体の電流と前記２つの補助加熱導体の電流とが同一の周方向に流れるように構成されていることを特徴とする、高周波誘導加熱コイル。

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