JP5504516B2 - 高周波誘導加熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用動力伝達部品等の金属製品を熱処理するのに用いる高周波誘導加熱装置に関し、特に、前記誘導加熱を行うのに用いるコイルのスケール除去を行う機構を備えたものに関する。

高周波誘導加熱装置は、例えば、自動車用動力伝達部品であるハブ輪、等速ジョイント、スタブシャフト等の機械強度を向上するために、その回転軸等を熱処理する際に用いられる。

この高周波誘導加熱装置は、例えば図３及び４に示す形状のコイルを備えている。図５に示すように、コイル３中に被熱処理物Ｐを配置し、このコイル３に高周波電流を印加して磁場を生じさせると、この磁場によって被熱処理物Ｐに誘導電流が発生し、この誘導電流に伴う発熱によって熱処理がなされる。この熱処理の際、被熱処理物Ｐを均等に加熱するために、この被熱処理物Ｐを軸心周りに回転（例えば１００〜２００ｒｐｍ程度の回転速度）させながら行うことが多い。
このコイル３は、例えば銅等の金属から構成されており、コイルホルダ１４で装置内に固定されている。

最近用いられている高周波誘導加熱装置においては、図６に示すように、誘導加熱によって被熱処理物Ｐの加熱を行う加熱部１と、加熱部１で加熱した被熱処理物Ｐを冷却する冷却部２を備えたものがある。加熱部１において被熱処理物Ｐを加熱した後、そのまま冷却部２に移動させて、この冷却部２において冷却水８を噴射して被熱処理物Ｐの冷却を行う。

被熱処理物Ｐの表面は、加熱部１における熱処理によって高温に加熱される。このため、その表面でスケール（酸化被膜）が形成されやすい。そして、熱処理の際に被熱処理物Ｐを回転させると、その遠心力によってスケールの一部が粉末状となって飛散し、コイル３の表面に付着することがある。

このスケールは酸化鉄であり、これが電気伝導性を有するため、コイル３の磁場によってスケール自体が発熱する。また、スケールの電気抵抗は、コイル３の素材として通常用いられる銅の電気抵抗よりも大きいため、同じ大きさの磁場中に置かれた場合、スケールのジュール熱の方がより大きい。この結果、熱処理を行うたびに、高温となったスケールが付着したコイル３表面と、それよりも温度が低いコイル３内部との間に、温度差に起因する熱応力が発生し、この熱応力によりコイル３に割れが発生する恐れがある。
そこで、定期的に作業者がブラシやウエスを用いて、コイル３表面に付着したスケールの除去を手作業にて行っている。

コイル３表面のスケールは、付着当初はあたかも埃のように、その表面に単に乗っている状態であるが、熱処理を繰り返すうちにコイル３との間で固着した状態となりやすい。その場合、スケール除去作業において完全に除去し切れなかったり、固着したスケールを無理に除去しようとして、作業者が力余ってコイル３を破損したりすることがあった。

また、熱処理直後であれば、上述したように容易にスケールを除去することができるが、一般的にコイル３は被熱処理物Ｐの形状に合うように複雑な立体形状をしているため、作業者が手作業で行うと時間を要する。このため、設備稼働率が低下して、製品価格の上昇につながる恐れが高い。

そこで、この発明は、コイル３に付着したスケールを簡便かつ確実に除去することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、コイルに高周波電流を印加し、このコイル近傍に生じた磁場で被熱処理物を誘導加熱する高周波誘導加熱装置において、前記コイル表面に流体を吹き付けて、前記誘導加熱の際に被熱処理物から飛散してコイル表面に付着したスケールを除去する構成とした。

この流体は、コイル表面に接近して設けられたノズル等の噴射口から噴射される。この噴射口をスケールが溜まりやすい場所に効率的に流体が噴射されるように配置する。このようにすることによって、作業者が手作業でスケールを除去する場合と比較して、短時間でその作業を完了することができる。このため、設備稼働率を低下させる恐れは低い。
また、この流体の吹き付けは、一つの製品処理ごとに行うのが最も好ましいが、コイルへのスケールの焼き付きが生じない範囲において、製品処理２回ごとに1回吹き付ける等、スケールの堆積量を考慮した上で適宜決めることができる。

前記構成においては、前記流体の吹き付けを、前記誘導加熱を行っていないタイミングで行うようにすることができる。
誘導加熱を行っている間は、コイルが高温に加熱された状態となっており、この状態において流体を吹き付けると、加熱中の製品に流体が飛散して、製品の温度にムラが生じ、不良品となる恐れがある。

前記構成においては、スケールを吹き飛ばす流体は気体又は液体のいずれでもよいが、特に水を採用するのが好ましい。
水は洗浄作用が高く、スケールを容易に洗い流すことができ、廃水処理も容易に行うことができるからである。この水は、添加物を意図的に添加していない純粋なものに限定されず、洗浄作用を高めるための洗浄成分や、コイルや被熱処理物の表面を保護するための保護成分を添加したものであってもよい。

また、この構成においては、前記誘導加熱によって被熱処理物の加熱を行う加熱部と、前記加熱部で加熱した被熱処理物を冷却する冷却部を備え、前記冷却部において冷却水を噴射して被熱処理物の冷却を行うとともに、前記冷却水を水配管を経由してコイル側に導き、その冷却水を洗浄水として前記冷却水を冷却ノズルから噴射するのと同じタイミングでコイル表面に吹き付け得るようにすることもできる。
このように、冷却用の冷却水をスケール洗浄用としても用いることで、このスケール洗浄用のために別途水タンク等を確保する必要がない。このため、装置構成をシンプルなものとし得る。

さらに、前記構成においては、前記水配管の途中に、空気配管を切替弁を介して連結し、前記コイル表面への洗浄水の吹き付けに引き続いて、前記切替弁の切替えによって、前記コイル表面に空気を吹き付け得るようにすることもできる。
このように、空気を吹き付けることによってコイル表面に残留した洗浄水を速やかに除去でき、残留した洗浄水によって、コイルと被熱処理物との隙間が小さな部分で、洗浄水を介して電気的な短絡が生じるのを防止できる。

また、前記構成においては、前記コイル表面に吹き付けた洗浄水を回収し、この洗浄水に含まれるスケールを除去した後に、被熱処理物の冷却及びコイル吹き付け用の水として再利用するようにすることもできる。
このように水を再利用することによって、水の使用量を減少して、環境負荷を下げることができる。

このスケールの除去は、フィルタ等で行ってもよいが、回収水路の途中に設けられた磁石によって行うのが効率的である。
上述したように、スケールの主成分は磁性体なので、磁石で容易に除去することができるためである。また、フィルタは回収水路の断面全体に亘って設けないとスケール除去効率が低く、その目詰まりが生じると冷却水の循環に支障をきたす恐れがある。これに対し、磁石は、例えば回収水路の側壁に設けたり、磁石を利用した市販のマグネットセパレータを水路の途中に設置したりして、スケールを除去する方法も効果的である。これらの方法では、前記目詰まりの問題が発生せず、冷却水の安定した循環を確保することができる。

前記各構成における高周波誘導加熱装置においては、前記コイルを、自動車用動力伝達部品の被熱処理部の形状に合うように形成することができる。
このようにコイル形状を合わせることによって、自動車用動力伝達部品の被熱処理部（特に回転軸）に作用する磁場の大きさをその位置によらずほぼ一定とし得る。このため、この被熱処理部に対し、均一な熱処理を行うことができる。

また、前記自動車用動力伝達部品は、ハブ輪、等速ジョイント、又は、スタブシャフトのいずれかとすることができる。
ここに列挙した部品は、いずれも回転軸を有するものであって、その回転軸の強度を高めるために焼き入れ等の熱処理を行うことが多く、高周波誘導加熱装置を用いた熱処理に適しているためである。

この発明によると、コイルに付着したスケールが固着する前に流体をコイルに吹き付けてこのスケールを除去するようにした。このため、作業員の手作業と比較して、その作業時間を大幅に短縮することができ、製品処理設備の稼働率を向上することができるとともに、コイルにスケールが固着してコイルを劣化させる恐れも小さくすることができる。

この発明に係る高周波誘導加熱装置の一実施形態を示す側面図 この発明に係る高周波誘導加熱装置の他の実施形態を示す側面図 コイルの一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）側面図 コイルをコイルホルダに固定した状態を示す平面図 コイルに被熱処理物を設けた状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図 加熱部と冷却部を有する一般的な高周波誘導加熱装置の一例を示す側面図

この発明に係る高周波誘導加熱装置の一実施形態を図１に示す。この高周波誘導加熱装置は、被熱処理物Ｐを加熱する加熱部１と、加熱部１で加熱した被熱処理物Ｐを冷却する冷却部２とが、被熱処理物Ｐの軸心方向に併設されている。そして、この被熱処理物Ｐは、図示しない支持具によって支持されて、加熱部１と冷却部２とを順次移動するようになっている。

加熱部１には、被熱処理物Ｐの被加熱部（例えば回転軸等）の外形に合わせて形成されたコイル３が設けられ、コイル３の外周側に洗浄水４を噴射する洗浄ノズル５が設けられている。この洗浄ノズル５はフレキシブルホース６及び水配管７を介して、冷却部２に冷却水８を供給する本管９に接続されている。このコイル３は、被熱処理物Ｐの形状に合わせて適宜交換して使用するものなので、コイル３の交換ごとにフレキシブルホース６の屈曲位置や角度を適宜調節して、コイル３表面のスケールが溜まりやすい箇所に、洗浄水４が効率的に掛かるようにする。

冷却部２には、被熱処理物Ｐの周囲から冷却水８を噴射する冷却ノズル１０が設けられている。この冷却ノズル１０は冷却水８を供給する本管９に接続されている。すなわち、被熱処理物Ｐを冷却部２にて冷却する際に、冷却水８を冷却ノズル１０から噴射すると、それと同じタイミングで、洗浄ノズル５から洗浄水４が噴射される。このように、被熱処理物Ｐが処理されるごとに、コイル３に付着したスケールが洗浄水４によって除去される。そのため、コイル３にスケールが付着した状態で、加熱処理が行われて、その際の熱によってスケールがコイル３に固着する恐れが低い。従って、少ない洗浄水４でかつ容易にスケール除去作業を行うことができる。このように、熱処理の際にコイル３に付着したスケールを確実に除去するようにしたので、このスケールが過熱して、コイル３を傷める恐れが低い。

この構成においては、冷却水８の噴射と同じタイミングで洗浄水４が噴射されるが、水配管７の途中にバルブを設け、洗浄が必要な場合にのみこのバルブを開けて洗浄水４を噴射するようにすることもできる。このようにすると、不必要な洗浄水４の噴射を控えて、その分だけ冷却水８の噴射量を増すようにすることもできるからである。

コイル３を洗浄する洗浄水４、及び、被熱処理物Ｐを冷却する冷却水８は使用後にそのまま排水してもよいが、図示しない水タンクに一旦回収し、この水タンク内に設けた図示しない磁石によって、磁性体であるスケール（酸化鉄）を除去するようにしてもよい。このスケールを取り除けば、水タンク内の水を洗浄水４又は冷却水８として再利用できるため、使用水量を大幅に削減できるとともに、環境負荷を下げることができる。

洗浄水４及び冷却水８として用いる水は、添加物を意図的に添加しない純粋な水に限られない。例えば、洗浄効果を高めるための洗浄成分を添加したり、コイル表面や被熱処理物の表面を保護するための保護成分を添加したりすることもできる。

本実施形態では、洗浄水４と冷却水８を共通の本管９から供給しているが、それぞれ別個の水タンクを備える形態としてもよい。水タンクを別個とすることで、例えば洗浄効果を高めるための添加物を添加した際に、その添加物が冷却水８としての作用に悪影響を与える恐れがない。

この発明に係る高周波誘導加熱装置の他の実施形態を図２に示す。この高周波誘導加熱装置は、図1に示した装置と同様に、被熱処理物Ｐを加熱する加熱部１と、加熱部１で加熱した被熱処理物Ｐを冷却する冷却部２とを備えている。この加熱部１に洗浄水４を供給する水配管７には、水・エア切替回路１１を介して空気配管１２が接続されている。また、空気配管１２には、空気バルブ１３が設けられ、空気の噴射量を調節し得るようになっている。

図１において説明したコイル３の洗浄水４による洗浄が完了した後で、水・エア切替回路１１を切り替えて、洗浄ノズル５から空気を噴射させる。この噴射によって、コイル３表面に付着した洗浄水４が吹き飛ばされる。洗浄水４がコイル３表面に残留したまま被熱処理物の熱処理を行うと、被熱処理物Ｐとコイル３との隙間が小さな部分で、水を介して電気的な短絡が生じることがあるが、予め洗浄水４を吹き飛ばしておくことで、残留した水に起因する短絡を防ぐことができる。

１ 加熱部
２ 冷却部
３ コイル
４ 洗浄水（流体）
５ 洗浄ノズル
６ フレキシブルホース
７ 水配管
８ 冷却水
９ 本管
１０ 冷却ノズル
１１ 水・エア切替回路
１２ 空気配管
１３ 空気バルブ
１４ コイルホルダ
Ｐ 被熱処理物（自動車用動力伝達部品）

Claims (6)

1. コイル（３）に高周波電流を印加し、このコイル（３）近傍に生じた磁場で被熱処理物（Ｐ）を誘導加熱する高周波誘導加熱装置において、
   前記誘導加熱によって被熱処理物（Ｐ）の加熱を行う加熱部（１）と、前記加熱部（１）で加熱した被熱処理物（Ｐ）を冷却する冷却部（２）とを備え、前記冷却部（２）において冷却水（８）を噴射して被熱処理物（Ｐ）の冷却を行うとともに、前記冷却水（８）を水配管（７）を経由して前記コイル（３）側に導き、その冷却水（８）を洗浄水（４）として前記冷却水（８）を冷却ノズル（１０）から噴射するのと同じタイミングでコイル（３）表面に吹き付け得るようにして、前記誘導加熱の際に被熱処理物（Ｐ）から飛散してコイル（３）表面に付着したスケールを除去するようにしたことを特徴とする高周波誘導加熱装置。
2. 前記水配管（７）の途中に、空気配管（１２）を切替弁（１１）を介して連結し、前記コイル（３）表面への洗浄水（４）の吹き付けに引き続いて、前記切替弁（１１）の切替えによって、前記コイル（３）表面に空気を吹き付け得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
3. 前記コイル（３）表面に吹き付けた洗浄水（４）を回収し、この洗浄水（４）に含まれるスケールを除去した後に、被熱処理物（Ｐ）の冷却及びコイル（３）吹き付け用の水として再利用するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波誘導加熱装置。
4. 前記スケールの除去が、回収水路の途中に設けられた磁石によってなされることを特徴とする請求項３に記載の高周波誘導加熱装置。
5. 前記コイル（３）を、自動車用動力伝達部品（Ｐ）の被熱処理部の形状に合うように形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波誘導加熱装置。
6. 前記自動車用動力伝達部品（Ｐ）がハブ輪、等速ジョイント、又は、スタブシャフトのいずれかである請求項５に記載の高周波誘導加熱装置。

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