JP5813361B2 - 異形円筒部材の誘導加熱方法および誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベアリングの内輪や外輪のように、断面形状が異形の円筒部材を均一に加熱する異形円筒部材の誘導加熱方法および誘導加熱装置に関する。

深溝玉軸受のようなベアリングの軌道輪は、ボールなどの転動体を保持するため、溝が形成されている。このため、軌道輪の断面形状は、肉厚寸法が軌道輪の幅方向（軸方向）の中心側が小さく、両端部側が大きい異形形状となる。

このベアリングの軌道輪のような量産機械部品（ワーク）の全体を均一に加熱するには、従来、雰囲気炉を用いたいわゆる「ずぶ焼入れ」によって行われていた（特許文献１の段落０００２参照）。

特開平５−２０２４１４号公報

しかしながら、雰囲気炉を用いたずぶ焼入れでは、仕掛かり在庫を待って、まとめて処理しなければならないため、製造効率が悪い。また、炉内に入れたワークの位置によって加熱温度がバラツキ、ワークを均一に加熱処理できないという課題もある。

そこで、ワークを１個ずつ加熱することができる高周波誘導加熱コイルを用いて、ベアリングの軌道輪を加熱する方法を考えられる。しかしながら、このような誘導加熱は、従来、ワーク表面の焼入処理のために行われるものであり、ワーク全体を加熱するものではなかった。特に、前記軌道輪のように、肉厚が異なる部分を有する異形円筒部材を、加熱コイルを用いて誘導加熱する場合、肉厚が異なるため、ワーク全体を均一に加熱することが困難である。

また、本発明者は、前記ワークの断面形状に合わせた形状を有する加熱コイルを作成することで、異形円筒部品の全体を均一に加熱する方法も考案した。
しかしながら、この場合、ワーク形状に合わせて加熱コイルを作成しなければならない。このため、ワーク形状が複雑になって、コイルの製作に工数や手間が掛かるという問題があった。さらに、加熱対象のワーク種類を変更する場合には、そのワークに合わせた加熱コイルを製作し、交換しなければならない。従って、コイルの製作作業の負担が大きく、作業工数やコストも増大するという問題があった。

本発明の目的は、単純な形状の誘導加熱コイルを用いて異形円筒部品を均一に加熱できる異形円筒部材の誘導加熱方法および誘導加熱装置を提供することにある。

本発明は、異形円筒部材を誘導加熱コイルで誘導加熱する方法であって、前記異形円筒部材は、軸方向の一方の端部に設けられた第１厚肉部と、他方の端部に設けられた第２厚肉部と、各厚肉部間に設けられて前記厚肉部に比べて厚さ寸法が小さい薄肉部とを有し、前記誘導加熱コイルは、前記異形円筒部材の軸方向に沿った幅寸法に応じて設定された幅寸法を有するリング状のコイル本体を有し、前記誘導加熱コイルのコイル本体の幅寸法は、前記異形円筒部材の幅寸法の１／４以上、１／２以下であり、前記コイル本体を、前記第１厚肉部を加熱する第１加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第１厚肉部を加熱する第１加熱工程と、前記コイル本体を、前記第１加熱位置から前記第２厚肉部を加熱する第２加熱位置に、電力供給を継続したまま前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第１移動工程と、前記コイル本体を、前記第２加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第２厚肉部を加熱する第２加熱工程と、前記コイル本体を、前記第２加熱位置から第１加熱位置に、電力供給を継続したまま前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第２移動工程と、を有し、前記第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程の一連の工程を繰り返し実行するとともに、前記一連の工程を実行するごとに、前記誘導加熱コイルに供給する電力を段階的に低下させて前記異形円筒部材を均一に加熱することを特徴とする。

本発明によれば、異形円筒部材の第１厚肉部および第２厚肉部を加熱する第１加熱工程および第２加熱工程では、リング状のコイル本体を停止させた状態で加熱しているので、厚さ寸法が大きい厚肉部を十分に加熱することができる。
また、コイル本体の幅寸法を、異形円筒部材の幅寸法に応じて設定しているので、薄肉部がオーバーヒートすることを防止できる。すなわち、コイル本体の幅寸法を大きくすると、前記第１厚肉部および第２厚肉部の中間部は、いずれの停止加熱時にも加熱されてしまい、オーバーヒートするおそれがある。そこで、本発明では、コイル本体の幅寸法を、前記両方の停止加熱時に加熱される部分が無いように設定することで、薄肉部のオーバーヒートを防止できる。
さらに、第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程の一連の工程を行うごとに、誘導加熱コイルに供給する電力を段階的に低下させているので、目標温度に近づいた際の温度制御を精度良く行うことができる。
しかも、前記誘導加熱コイルのコイル本体の幅寸法は、前記異形円筒部材の幅寸法の１／４以上、１／２以下であるため、コイル本体を適切なサイズに設定できるので、異形円筒部材を十分に昇温することができるとともに、異形円筒部材の幅方向中間部のオーバーヒートを防止できる。

本発明において、前記第１加熱工程および第２加熱工程では、加熱対象の厚肉部の温度を測定し、測定温度が目標温度に達すると加熱工程を終了して移動工程を実行し、前記第１移動工程および第２移動工程では、薄肉部の温度を測定し、測定温度が目標温度に達すると誘導加熱コイルへの電力供給を停止することが好ましい。

本発明によれば、各加熱工程において、加熱対象の厚肉部の温度を測定しているので、厚肉部を目標温度に正確に加熱できる。また、各移動工程においても、薄肉部の温度を測定しているので、薄肉部が目標温度に到達したかを正確に把握できる。
このため、各加熱工程を、タイマーを用いて時間で制御する場合に比べて、温度を直接測定しているので、正確に加熱制御することができる。

本発明において、前記第１加熱工程および第２加熱工程を１回目に実行する場合は、前記目標温度よりも低い第１設定温度に達すると加熱工程を終了して移動工程を実行することが好ましい。

本発明によれば、第１加熱工程および第２加熱工程のそれぞれの１回目は、目標温度よりも低い第１設定温度まで加熱されると移動工程になるため、異形円筒部材において、加熱される部分とそれ以外の部分との温度差が極端に大きくなることを防止でき、異形円筒部材をバランスよく加熱することができる。

本発明の異形円筒部材の誘導加熱装置は、軸方向の一方の端部に設けられた第１厚肉部と、他方の端部に設けられた第２厚肉部と、各厚肉部間に設けられて前記厚肉部に比べて厚さ寸法が小さい薄肉部とを有する異形円筒部材を誘導加熱する誘導加熱装置であって、誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルに電力を供給するとともに、供給電力を段階的に変更する電力供給手段と、前記異形円筒部材および前記誘導加熱コイルのうちの少なくともいずれか一方を軸方向に相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記誘導加熱コイルは、前記異形円筒部材の軸方向に沿った幅寸法に応じて設定された幅寸法を有するリング状のコイル本体を有し、前記誘導加熱コイルのコイル本体の幅寸法は、前記異形円筒部材の幅寸法の１／４以上、１／２以下であり、前記移動手段は、前記コイル本体を、前記第１厚肉部を加熱する第１加熱位置から前記第２厚肉部を加熱する第２加熱位置に、前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第１移動工程と、前記コイル本体を、前記第２加熱位置から前記第１加熱位置に、前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第２移動工程と、を実行し、前記電力供給手段は、前記コイル本体を、前記第１加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第１厚肉部を加熱する第１加熱工程と、前記コイル本体を、前記第２加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第２厚肉部を加熱する第２加熱工程と、を実行し、前記第一移動工程と前記第二移動工程では、それぞれ前記コイル本体に電力供給を継続したままとし、前記第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程の一連の工程を実行するごとに、前記誘導加熱コイルに供給する電力を段階的に低下することを特徴とする。

これらの異形円筒部材の誘導加熱装置においても、前記異形円筒部材の誘導加熱方法と同様の作用効果が得られる。

本発明の第１実施形態における誘導加熱装置を示す側面図。 第１実施形態における誘導焼入装置を示す平面図。 第１実施形態におけるワークおよびコイル本体を示す断面図。 （Ａ）は第１実施形態における第１加熱工程を示す断面図、（Ｂ）は第２加熱工程を示す断面図。 （Ａ）は第１実施形態におけるワークの温度変化を示すグラフ、（Ｂ）はワークの移動位置を示すグラフ、（Ｃ）はコイルに供給される電力変化を示すグラフ。 （Ａ）は比較例１における第１加熱工程を示す断面図、（Ｂ）は第２加熱工程を示す断面図。 （Ａ）は比較例２における第１加熱工程を示す断面図、（Ｂ）は第２加熱工程を示す断面図。 （Ａ）は第２実施形態における第１加熱工程を示す断面図、（Ｂ）は第２加熱工程を示す断面図。 第３実施形態における誘導加熱コイルおよびワークを示す平面図。 （Ａ）は第３実施形態における第１加熱工程を示す断面図、（Ｂ）は第２加熱工程を示す断面図。

以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
［誘導加熱装置の全体構成］
図１は、本実施形態における誘導加熱装置１の概略構成を示す側面図であり、図２はその平面図である。
本実施形態の誘導加熱装置１は、後述するように、ワーク１０として、ベアリングの軌道輪（内輪、外輪）を加熱するものである。

誘導加熱装置１は、誘導加熱コイル２と、コントロールボックス３と、ワーク１０を保持するワーク保持装置４と、加熱処理後のワーク１０を移動するワーク移動装置５と、加熱処理後のワーク１０を冷却する冷却油が入れられた油槽６と、テーブル７とを備えている。

［ワークの構成］
図３は、ワーク１０の一例であるベアリングの内輪の断面図である。ワーク１０は、図３にも示すように、ワーク１０の幅方向（軸方向）の両端に、第１厚肉部１１および第２厚肉部１２を備えている。このため、各厚肉部１１，１２間は、厚肉部１１，１２に比べて厚さ寸法が小さい薄肉部１３とされている。
このため、ワーク１０は、断面形状が異形の円筒部材とされている。

［誘導加熱コイルの構成］
誘導加熱コイル２は、単巻きのコイル（リングコイル）である。具体的には、誘導加熱コイル２は、図１，２にも示すように、略円筒形とされたコイル本体２０と、コイル本体２０の分割部分に設けられた一対のリード部２１を備えている。
そして、図３に示すように、コイル本体２０の幅寸法Ｌ１（ワーク１０の軸方向の寸法）は、ワーク１０の幅寸法Ｗ１に対応して設定される。
すなわち、本実施形態では、前記幅寸法Ｌ１は、幅寸法Ｗ１の１／４〜１／２（１／４以上、１／２以下）に設定される。図３では、Ｌ１＝Ｗ１×２／５である。すなわち、ワーク１０の幅寸法Ｗ１が５０ｍｍの場合、誘導加熱コイル２の幅寸法Ｌ１は２０ｍｍに設定される。なお、ワーク１０の幅寸法と直径との比は、図３に示す比率に限定されるものではない。

誘導加熱コイル２のコイル本体２０には、円周方向の少なくとも一箇所に、貫通孔２３が形成され、この貫通孔２３の外側には放射温度計２４が設けられている。放射温度計２４は、前記貫通孔２３を介して露出するワーク１０の表面温度を測定する非接触の温度計である。この放射温度計２４は、前記コントロールボックス３に接続され、測定温度データはコントロールボックス３に送られる。

［コントロールボックスの構成］
コントロールボックス３は、誘導加熱装置１の動作を制御するコンピューターが内蔵されている。このコントロールボックス３は、図１に示すように、テーブル７上に載置され、図１の左右方向に移動可能に設けられている。
コントロールボックス３には、前記誘導加熱コイル２のリード部２１と、図示しない交流商用電源が接続される。コントロールボックス３は、交流商用電源から得た電流を、所定周波数の高周波に変換して誘導加熱コイル２に供給する。この際、コントロールボックス３は、誘導加熱コイル２への供給電力の値を段階的に変更できる。従って、コントロールボックス３によって電力供給手段が構成されている。
このコントロールボックス３は、後述するように、ワーク保持装置４や、ワーク移動装置５の動作も制御する。

［ワーク保持装置の構成］
ワーク保持装置４は、図１，２に示すように、ワーク１０を支持するワーク支持部材４１と、ワーク支持部材４１を回転自在に支持する移動台４２と、移動台４２を上下移動可能に支持するベース台４３とを備えている。
ワーク支持部材４１は、移動台４２に軸支された軸部４１１と、軸部４１１から３方向に延長された支持アーム４１２とを備える。支持アーム４１２の先端側は上方に折曲され、その先端側にワーク１０を支持するフランジが形成されている。

移動台４２には、ワーク支持部材４１を回転するモーター（図示略）が内蔵されている。このモーターは、コントロールボックス３で制御され、ワーク支持部材４１を回転させることができる。ワーク支持部材４１が回転すると、ワーク支持部材４１に支持されているワーク１０も一体で回転する。

ベース台４３には、移動台４２を上下方向に移動させるモーター４４が内蔵されている。このモーター４４も、コントロールボックス３で制御され、移動台４２を上下に移動させることができる。
移動台４２が上下に移動すると、ワーク１０は、誘導加熱コイル２のコイル本体２０に対して、軸方向に移動する。
従って、ワーク保持装置４によって、ワーク１０である異形円筒部材を、前記誘導加熱コイル２に対して、軸方向に相対的に移動させる移動手段が構成されている。

ワーク移動装置５は、モーター５０によって回転される送りネジ５１と、この送りネジ５１で移動されるプッシャー５２とを備えている。
そして、ワーク移動装置５は、ワーク保持装置４の移動台４２が、テーブル７表面よりも下方に移動することで、テーブル７上に載置されるワーク１０を、プッシャー５２で油槽６まで移送する。
このため、テーブル７には、前記移動台４２やワーク支持部材４１を埋没させることができる溝部７１が形成されている。

［誘導加熱装置による加熱動作］
次に、誘導加熱装置１の加熱動作について説明する。
まず、加熱対象のワーク１０を、ワーク支持部材４１に載置し、加熱動作を開始する。
すると、コントロールボックス３は、移動台４２を上下動させて、図４（Ａ）に示すように、誘導加熱コイル２のコイル本体２０が、ワーク１０の第１厚肉部１１を加熱する第１加熱位置に位置するようにワーク１０を移動する。
この第１加熱位置は、コイル本体２０の幅方向（軸方向）の中心が、第１厚肉部１１の幅方向（ワーク１０の軸方向）の中心に一致する位置に設定されている。たとえば、ワーク１０の幅寸法Ｗ１が５０ｍｍ、各厚肉部１１，１２の幅寸法Ｓ１が１０ｍｍ、コイル本体２０の幅寸法Ｌ１が２０ｍｍの場合、コイル本体２０の上面が、ワーク１０の上端より５ｍｍ上方となるように配置される。

［第１加熱工程：第１サイクル］
そして、コントロールボックス３は、第１加熱工程を実行するため、ワーク支持部材４１によってワーク１０を回転させながら、図５（Ｃ）に示すように、第１設定電力Ｐ１（たとえば２５０ＫＷ）の高周波電力を誘導加熱コイル２に供給する。誘導加熱コイル２に高周波電流が流れると、図４（Ａ）に示すように、コイル本体２０の周囲に交番磁束が発生し、ワーク１０が誘導加熱される。この際、コイル本体２０は第１加熱位置にあるため、特に、第１厚肉部１１が設けられたワーク１０の上端側が加熱される。
そして、第１厚肉部１１の温度は、放射温度計２４で測定され、この測定値は、図５（Ａ）の実線１００に示すように、急激に上昇する。

［第１移動工程：第１サイクル］
コントロールボックス３は、第１厚肉部１１の測定温度が設定温度Ｔ１（たとえば７００度）になると、誘導加熱コイル２への第１設定電力Ｐ１の供給を継続したまま、移動台４２を上方に移動する第１移動工程を実行する。この移動中に、薄肉部１３も加熱されるため、図５（Ａ）の一点鎖線１０１に示すように、温度が上昇する。ただし、第１厚肉部１１は、コイル本体２０が第１加熱位置に停止した状態で加熱されるのに対し、薄肉部１３はコイル本体２０に対して移動しながら加熱され、かつ、加熱時間も短いため、薄肉部１３の温度は設定温度Ｔ１までは上昇しない。

［第２加熱工程：第１サイクル］
そして、図４（Ｂ）に示すように、コイル本体２０が第２厚肉部１２を加熱する第２加熱位置になったら、コントロールボックス３は、移動台４２の移動（第１移動工程）を停止し、第２加熱工程を実行する。
なお、第２加熱位置も第１加熱位置と同じであり、上記具体例では、コイル本体２０の下端はワーク１０の下端よりも５ｍｍ下方に突出することになる。また、移動工程における移動台４２の移動速度は、たとえば１０ｍｍ／秒である。第１移動工程では、図５（Ｂ）に示すように、コイル本体２０を第１加熱位置から第２加熱位置まで４０ｍｍ移動させる必要があるため、移動時間は４秒である。

そして、第２加熱工程で、コイル本体２０が第２厚肉部１２部分を加熱している際、第２厚肉部１２の温度は、放射温度計２４で測定され、この測定値は、図５（Ａ）の２点鎖線１０２に示すように、急激に上昇する。
一方、第１厚肉部１１部分は、コイル本体２０から離れて加熱されないため、実線１００に示すように、温度が低下する。

［第２移動工程：第１サイクル］
コントロールボックス３は、第２厚肉部１２の測定温度が設定温度Ｔ１（たとえば７００度）になると、誘導加熱コイル２への第１設定電力Ｐ１の供給を継続したまま、移動台４２を下方に移動する。この移動時にも薄肉部１３は加熱され、図５（Ａ）の一点鎖線１０１に示すように、温度が上昇する。
そして、誘導加熱コイル２が、図４（Ａ）の第１加熱位置になったら移動台４２の移動を停止する。

［第１加熱工程：第２サイクル］
次に、コントロールボックス３は、コイル本体２０を第１加熱位置に停止させ、ワーク支持部材４１によってワーク１０を回転させながら、第２設定電力Ｐ２の高周波電力を誘導加熱コイル２に供給して、第１厚肉部１１部分を加熱する。第２設定電力Ｐ２は、第１設定電力Ｐ１よりも小さい電力であり、たとえば１４０ＫＷである。このため、第１厚肉部１１は、図５（Ａ）の実線１００に示すように、再度温度が上昇する。この際、誘導加熱コイル２への供給電力Ｐ２は、前回の第１加熱工程における前記第１設定電力Ｐ１よりも低いため、昇温速度は緩やかになる。
また、第２厚肉部１２部分は、誘導加熱コイル２から離れるため、図５（Ａ）の２点鎖線１０２に示すように、温度が低下する。

［第１移動工程：第２サイクル］
そして、コントロールボックス３は、第１厚肉部１１の測定温度が目標温度Ｔ２（たとえば９００度）になると、誘導加熱コイル２への第２設定電力Ｐ２の供給を継続したまま、移動台４２を上方に移動する。この移動中も薄肉部１３は加熱されて温度が上昇する。

［第２加熱工程：第２サイクル］
そして、コントロールボックス３は、コイル本体２０が第２加熱位置になったら移動台４２の移動を停止し、第２加熱工程を実行する。すると、第２厚肉部１２は、図５（Ａ）の２点鎖線１０２に示すように、再度温度が上昇する。この場合も、誘導加熱コイル２への供給電力Ｐ２は、前回の第２加熱工程における前記第１設定電力Ｐ１よりも低いため、昇温速度は緩やかになる。

［第２移動工程：第２サイクル］
コントロールボックス３は、第２厚肉部１２の測定温度が目標温度Ｔ２になると、誘導加熱コイル２への第２設定電力の供給を継続したまま、移動台４２を下方に移動する。
そして、誘導加熱コイル２が第１加熱位置になったら移動台４２の移動を停止する。
なお、コントロールボックス３は、移動工程中に、薄肉部１３の温度も測定し、目標温度Ｔ２に達しているかを判定する。

［第１加熱工程〜第２移動工程：第３サイクル］
コントロールボックス３は、前記移動工程中に薄肉部１３の温度が目標温度Ｔ２に達していない場合は、誘導加熱コイル２への供給電力を第３設定電力Ｐ３に切り替えて、第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程を順次実行する。
第３設定電力Ｐ３は、第２設定電力Ｐ２よりも小さい電力であり、たとえば９５ＫＷである。このため、各加熱工程での温度上昇は第２サイクルに比べて緩やかになる。
また、コントロールボックス３は、第２サイクルと同じく、第１厚肉部１１や第２厚肉部１２の測定温度が目標温度Ｔ２になるまで各加熱工程を継続し、目標温度Ｔ２になると移動工程を実行する。
さらに、コントロールボックス３は、移動工程中に、薄肉部１３の温度も測定し、目標温度Ｔ２に達しているかを判定する。

［第１加熱工程〜第２移動工程：第４サイクル］
コントロールボックス３は、前記移動工程中に薄肉部１３の温度が目標温度Ｔ２に達していない場合は、誘導加熱コイル２への供給電力を第４設定電力Ｐ４に切り替えて、第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程を順次実行する。
第４設定電力Ｐ４は、第３設定電力Ｐ３よりも小さい電力であり、たとえば６０ＫＷである。このため、各加熱工程での温度上昇は第３サイクルに比べて緩やかになる。
また、コントロールボックス３は、第３サイクルと同じく、第１厚肉部１１や第２厚肉部１２の測定温度が目標温度Ｔ２になるまで各加熱工程を継続し、目標温度Ｔ２になると移動工程を実行する。
さらに、コントロールボックス３は、移動工程中に、薄肉部１３の温度も測定し、目標温度Ｔ２に達しているかを判定する。

図５（Ａ）の例では、第４サイクルの第２移動工程において、薄肉部１３の温度が目標温度Ｔ２に達している。このことにより、ワーク１０全体も略目標温度Ｔ２に均一に加熱されている。
そのため、コントロールボックス３は、誘導加熱コイル２への電力供給を停止する。
なお、第４サイクルにおいて、薄肉部１３が目標温度Ｔ２に到達していない場合には、誘導加熱コイル２への電力をさらに一段階低下させて、第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程を繰り返せばよい。

［冷却工程］
コントロールボックス３は、誘導加熱コイル２への電力供給を停止すると、ワーク支持部材４１の支持アーム４１２を、テーブル７の溝部７１に位置合わせして、移動台４２をテーブル７表面よりも下方に移動し、ワーク１０をテーブル７の表面に載置する。
次に、コントロールボックス３は、ワーク移動装置５のモーター５０を作動してプッシャー５２を移動し、ワーク１０を油槽６に搬送する。すると、ワーク１０は油槽６の冷却油に浸漬されて冷却される。これにより、ワーク１０の全体が焼入れされる。

以上のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）本実施形態では、コイル本体２０の幅寸法Ｌ１を、ワーク１０の幅寸法Ｗ１に応じて適切な寸法に設定しているので、コイル本体２０の幅寸法が長すぎる場合や、短すぎる場合に比べて、薄肉部１３がオーバーヒートすることもなく、かつ、昇温不足になることもなく、ワーク１０全体を均一に加熱することができる。
すなわち、本実施形態では、コイル本体２０の幅寸法Ｌ１を、ワーク１０の幅寸法Ｗ１に対して適切な寸法、具体的には、１／４以上、１／２以下に設定している。この本実施形態の比較例として、図６，７に示すような幅寸法のコイル本体を製作して実験した。
図６は、コイル本体２０Ａの幅寸法Ｌ２を、ワーク１０の幅寸法Ｗ１の１／２よりも大きくした比較例１である。具体的には、幅寸法Ｗ１＝５０ｍｍの場合、幅寸法Ｌ２＝３０ｍｍとしたものである。
図７は、コイル本体２０Ｂの幅寸法Ｌ３を、ワーク１０の幅寸法Ｗ１の１／４よりも小さくした比較例２である。具体的には、幅寸法Ｗ１＝５０ｍｍの場合、幅寸法Ｌ３＝１０ｍｍとしたものである。

これらの比較例１，２において、前記実施形態と同じ加熱処理を行った。
比較例１では、コイル本体２０Ａの幅寸法Ｌ２が、ワーク１０の幅寸法Ｗ１に比べて比較的大きいため、第１加熱位置や第２加熱位置にコイル本体２０Ａが配置された状態でも、ワーク１０の軸方向の中間部に磁束が加わって渦電流が生じていた。なお、第１加熱位置や第２加熱位置は、前記実施形態と同じく、コイル本体２０Ａの軸方向の中心位置が、第１厚肉部１１や第２厚肉部１２の軸方向中心位置に一致する位置である。
このため、ワーク１０の中間部分にある薄肉部１３は、第１加熱工程および第２加熱工程の両方の工程で加熱されてオーバーヒートし、ワーク１０全体を均一に加熱することができなかった。
また、薄肉部１３のオーバーヒートを防止するため、第１加熱位置や第２加熱位置におけるコイル本体２０Ａの位置を、ワーク１０の中心部からより離すことも考えられる。この場合、コイル本体２０Ａによって発生する磁束の多くが無負荷状態になり、ワーク10の誘導加熱に利用されず、電力を無駄に消費してしまうことになる。

一方、比較例２では、コイル本体２０Ｂの幅寸法Ｌ３が、ワーク１０の幅寸法Ｗ１に比べて比較的小さいため、電力を十分に投入することができず、ワーク１０を十分に加熱することができなかった。

これらの比較例１，２に対し、本実施形態では、図４に示すように、コイル本体２０の幅寸法Ｌ１をワーク１０の幅寸法Ｗ１の１／４〜１／２の範囲に設定したので、薄肉部１３がオーバーヒートすることもなく、かつ、誘導加熱コイル２に供給する電力も適切なレベルにできて省電力化を図ることができ、誘導加熱コイル２の寿命も長くできる。

（２）また、第１加熱位置、第２加熱位置ではコイル本体２０を軸方向に移動することなく停止状態でワーク１０を加熱している。このため、第１厚肉部１１や第２厚肉部１２を有する異形円筒部材のワーク１０を加熱する場合でも、コイル本体２０は単純な形状のリングコイルを用いることができる。よって、ワーク１０に合わせた形状のコイルを製作する場合に比べて、コイルの製作が容易となる。さらに、断面形状が異なる複数種類のワーク１０に対して、同じ誘導加熱コイル２を用いて加熱処理することができ、この点でもコストを低減できる。

（３）さらに、誘導加熱コイル２に供給する電力は、第１加熱工程および第２加熱工程を繰り返すごとに段階的に低減している。このため、ワーク１０全体を最終的な目標温度Ｔ２に容易に調整することができる。すなわち、誘導加熱コイル２への供給電力を段階的に低減させることで、初期には温度を急激に上昇させているが、目標温度Ｔ２に近づいた時点では温度上昇を緩やかにできる。このため、目標温度Ｔ２に近づいた際に、加熱処理で一気に温度が上昇して目標温度Ｔ２を超えてしまうことがなく、ワーク１０全体を目標温度Ｔ２に精度良く加熱することができる。

（４）その上、誘導加熱コイル２に供給する電力を段階的に低減させても、各加熱工程で加えられた熱がワーク１０内を移動し、ワーク１０表面だけでなく、ワーク１０全体を加熱することができる。従って、高周波誘導加熱処理における周波数を変更した場合と同様の効果が得られ、ワーク１０の表面だけでなく、ワーク１０の全体を均一に加熱することができる。

（５）本実施形態では、各厚肉部１１，１２の１回目（第１サイクル）の加熱処理は、目標温度Ｔ２よりも低い設定温度Ｔ１に達した時点で終了していた。このため、１回目から目標温度Ｔ２に達するまで加熱処理を行う場合に比べて、ワーク１０の各部分を均一に加熱することができる。すなわち、第２厚肉部１２が加熱されていない状態で、第１厚肉部１１のみを目標温度Ｔ２（約９００度）に加熱する場合、厚肉部１１，１２の温度差が大きくなりすぎて、ワーク１０全体を均一な温度に加熱するには、時間が掛かる。これに対し、本実施形態では、第１サイクルでは設定温度Ｔ１まで加熱し、第２サイクル以降で目標温度Ｔ２まで加熱しているので、ワーク１０の全体を均一に加熱できる。

（６）本実施形態では、誘導加熱コイル２を用いた誘導加熱によってワーク１０を加熱しているので、雰囲気炉内で加熱する場合のように所定数まとめて加熱処理する必要が無い。このため、本実施形態では、１個ずつ必要個数だけ加熱処理を行うことができ、ワーク１０を製造する際に、バッチ処理ではなくインライン処理を行うことができる。
さらに、雰囲気炉内では、部品の配置位置によって加熱状態もばらつくおそれがあるが、本実施形態では、１個ずつ加熱処理するため、バラツキの少ない均一な加熱が可能となる。

（７）誘導加熱コイル２に貫通孔２３を形成し、この貫通孔２３から放射温度計２４で温度測定できるようにしたので、誘導加熱コイル２に対向する厚肉部１１，１２の温度を直接、かつ、精度良く測定することができる。このため、加熱制御の精度を向上でき、ワーク１０全体を目標温度Ｔ２に均一に加熱できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図８を参照して説明する。
第２実施形態は、図８に示すようなワーク１０Ｂを加熱するものである。このワーク１０Ｂは、各厚肉部１１Ｂ、１２Ｂの互いに対向する面が内側に凹むように逆Ｒ状に形成されたものである。
このワーク１０Ｂでは、前記ワーク１０に比べて厚肉部１１Ｂ、１２Ｂの肉厚が薄くなるため、第１厚肉部１１Ｂ、第２厚肉部１２Ｂを加熱する第１加熱位置、第２加熱位置は、図８に示す位置とされている。これらの加熱位置は、コイル本体２０Ｃの幅方向の端部が、各厚肉部１１Ｂ、１２Ｂよりも内側に位置し、かつ厚肉部１１Ｂ、１２Ｂに近接する位置とされている。

具体的には、図８の例では、ワーク１０Ｂの幅寸法Ｗ２＝５０ｍｍ、各厚肉部１１Ｂ、１２Ｂの幅寸法Ｓ３＝５ｍｍ、厚肉部１１Ｂ、１２Ｂ間の寸法Ｗ３＝４０ｍｍ、コイル本体２０Ｃの幅寸法Ｌ４＝１２．５ｍｍであり、コイル本体２０Ｃとワーク１０Ｂの相対移動量は２７．５ｍｍである。
すなわち、コイル本体２０Ｃは、幅寸法Ｌ４が１２．５ｍｍであって、ワーク１０Ｂの幅寸法Ｗ２の１／４である。
そして、コイル本体２０Ｃおよびワーク１０Ｂは、図８（Ａ）に示す、コイル本体２０Ｃの上面が第１厚肉部１１Ｂの下端の位置（第１加熱位置）から、図８（Ｂ）に示す、コイル本体２０Ｃの下面が第２厚肉部１２Ｂの上端の位置（第２加熱位置）まで相対的に移動する。

このような第２実施形態においても、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる。
すなわち、各厚肉部１１Ｂ、１２Ｂを加熱する第１加熱位置、第２加熱位置で停止加熱を行い、各厚肉部１１Ｂ、１２Ｂが所定の温度になれば、コイル本体２０Ｃを相対的に移動し、かつ、コイル本体２０Ｃに供給する電力を段階的に低減している。このため、コイル本体２０Ｃは、断面形状が矩形状の単巻きのコイルを利用することができ、たとえば、前記逆Ｒ部を有するワーク１０Ｂの形状に合わせてコイルを製作する場合に比べて、形状が単純であるため、コイル作成の工数を少なくでき、作成コストも低減できる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図９，１０を参照して説明する。
第３実施形態は、図９，１０に示すように、誘導加熱コイル２のコイル本体２０Ｄの内径に対して、直径が小さいワーク１０Ｃを加熱するものである。
誘導加熱コイル２に対して、ワーク１０Ｃのサイズ（直径）が小さい場合、コイル本体２０Ｄおよびワーク１０Ｃの中心を一致させて同心円状に配置すると、コイル本体２０Ｄとワーク１０Ｃとの距離が離れてしまい、誘導加熱コイル２で発生する磁束がワーク１０Ｃに十分に流れず、誘導加熱ができないおそれがある。
このため、第３実施形態では、ワーク１０Ｃの中心を、コイル本体２０Ｄの中心に対して偏心位置に配置し、ワーク１０Ｃの一部がコイル本体２０Ｄに近接するようにしている。
この場合、ワーク１０Ｃのコイル本体２０Ｄに近接する部分のみが加熱されるが、ワーク１０Ｃを所定の速度で回転させることで、ワーク１０Ｃの円周方向の全体を均一に加熱している。
なお、ワーク１０Ｃを誘導加熱コイル２に対して偏心位置に配置するには、誘導加熱コイル２が取り付けられたコントロールボックス３を前後に移動して調整すればよい。この際、特に、誘導加熱コイル２のコイル本体２０Ｄにおいて、リード部２１とは反対側の部分が、前記ワーク１０Ｃに近接するように配置することが好ましい。

第３実施形態においても、コイル本体２０Ｄに対するワーク１０Ｃの軸方向の移動は、前記第１実施形態と同様に行うことができる。たとえば、ワーク１０Ｃを所定の速度で回転させながら、コイル本体２０Ｄを第１加熱位置に移動して加熱する工程と、コイル本体２０Ｄを第２加熱位置に移動して加熱する工程を繰り返せばよい。

また、第３実施形態では、ワーク１０Ｃに対してコイル本体２０Ｄが偏心位置に配置されているため、ワーク１０Ｃにおいて加熱される部分はコイル本体２０Ｄに近接する部分のみである。このため、第３実施形態のコイル本体２０Ｄは、幅寸法Ｌ５を大きくして、ワーク１０Ｃ全体を均一に加熱できるようにしている。たとえば、図１０に示す例では、コイル本体２０Ｄの幅寸法Ｌ５は２５ｍｍであり、ワーク１０Ｃの幅寸法Ｗ２（＝５０ｍｍ）の１／２と大きな寸法とされている。また、ワーク１０Ｃに対するコイル本体２０Ｄの軸方向の相対移動量は、コイル本体２０Ｄが厚肉部１１Ｂ、１２Ｂ間の範囲（寸法Ｗ３＝４０ｍｍの範囲）で移動するように設定すればよく、たとえば１１ｍｍである。この場合、コイル本体２０Ｄが図１０（Ａ）に示す第１加熱位置にある場合と、図１０（Ｂ）に示す第２加熱位置にある場合のいずれの場合も、ワーク１０Ｃの幅方向中間部まで加熱することができ、コイル本体２０Ｄに対して偏心位置に配置されるワーク１０Ｃ全体を均一に加熱できる。

この第３実施形態においても、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる。
さらに、コントロールボックス３を移動することで、ワーク１０Ｃをコイル本体２０Ｄに対して偏心させることができるので、コイル本体２０Ｄに対してワーク１０Ｃのサイズが小さい場合でも、均一に加熱できる。
このため、たとえば、コイル本体２０Ｄの直径が３２０ｍｍであれば、直径２００〜３００ｍｍ程度のワーク１０Ｃを加熱することができる。このようにワーク１０Ｃのサイズが複数種類ある場合でも、一つのコイルで対応できる。すなわち、コントロールボックス３の移動により、サイズの異なるワーク１０Ｃに対して誘導加熱コイル２を適切な位置に配置でき、ワーク全体を均一に加熱できる。

〔本発明の変形例〕
なお、本発明は前記実施形態の構成に限らない。
たとえば、前記各実施形態では、誘導加熱コイル２のコイル本体２０をワーク１０の外周側に配置していたが、内周側に配置してもよい。この場合も、一方の厚肉部を加熱する加熱位置にコイル本体を配置して停止した状態で誘導加熱を行い、その部分が所定の温度に達したら、ワークおよびコイル本体を相対的に移動して、他方の厚肉部を加熱する加熱位置でコイル本体を停止して誘導加熱を行う工程を繰り返せばよい。

また、誘導加熱コイルとしては、ワーク１０の外周側および内周側にそれぞれコイル本体を設けてもよい。
さらに、前記ワークは、外周側に突出する突起部を有するベアリングの内輪であったが、内周側に突出する突起部を有するベアリングの外輪でもよい。

また、各加熱工程を終了する目標温度として、第１サイクルから最終的な目標温度Ｔ２を設定してもよい。ただし、前記実施形態のように、設定温度Ｔ１、目標温度Ｔ２と段階的に設定したほうが、ワーク１０を均一に加熱しやすい利点がある。

さらに、前記コイル本体の幅寸法は、ワークの幅寸法に基づいて設定していたが、さらに、厚肉部の幅寸法も加味して設定してもよい。たとえば、コイル本体の幅寸法Ｌを、ワークの幅寸法Ｗの１／４〜１／２であり、かつ、厚肉部の幅寸法Ｓの２〜３倍の範囲で設定してもよい。このように厚肉部の幅寸法を加味すれば、コイル本体の幅寸法をより適切に設定できる。

また、前記各実施形態では、放射温度計２４を用いてワーク１０の温度を測定しながら、加熱工程を制御していたが、ワークの温度を測定せずに、あらかじめ設定した加熱時間をタイマーで計測することで制御してもよい。すなわち、あらかじめ試作品などで、ワークの温度が所定温度に達するまでの時間を測定しておき、その測定値に基づいて各供給電力値に応じた加熱工程の時間を設定し、実際にワークを加熱処理する場合には、タイマーの時間計測で行えばよい。この場合、放射温度計２４を不要にできるが、前記実施形態のように温度を測定したほうが、加熱精度を向上できる。

１…誘導加熱装置、２…誘導加熱コイル、３…コントロールボックス、４…ワーク保持装置、５…ワーク移動装置、６…油槽、７…テーブル、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…ワーク、１１，１１Ｂ…第１厚肉部、１２，１２Ｂ…第２厚肉部、１３…薄肉部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…コイル本体、２１…リード部、２３…貫通孔、２４…放射温度計、４１…ワーク支持部材、４２…移動台、４３…ベース台、４４…モーター、５０…モーター、５１…送りネジ、５２…プッシャー、７１…溝部、４１１…軸部、４１２…支持アーム。

Claims (4)

1. 異形円筒部材を誘導加熱コイルで誘導加熱する方法であって、
   前記異形円筒部材は、軸方向の一方の端部に設けられた第１厚肉部と、他方の端部に設けられた第２厚肉部と、各厚肉部間に設けられて前記厚肉部に比べて厚さ寸法が小さい薄肉部とを有し、
   前記誘導加熱コイルは、前記異形円筒部材の軸方向に沿った幅寸法に応じて設定された幅寸法を有するリング状のコイル本体を有し、
   前記誘導加熱コイルのコイル本体の幅寸法は、前記異形円筒部材の幅寸法の１／４以上、１／２以下であり、
   前記コイル本体を、前記第１厚肉部を加熱する第１加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第１厚肉部を加熱する第１加熱工程と、
   前記コイル本体を、前記第１加熱位置から前記第２厚肉部を加熱する第２加熱位置に、電力供給を継続したまま前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第１移動工程と、
   前記コイル本体を、前記第２加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第２厚肉部を加熱する第２加熱工程と、
   前記コイル本体を、前記第２加熱位置から第１加熱位置に、電力供給を継続したまま前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第２移動工程と、を有し、
   前記第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程の一連の工程を繰り返し実行するとともに、前記一連の工程を実行するごとに、前記誘導加熱コイルに供給する電力を段階的に低下させて前記異形円筒部材を均一に加熱する
   ことを特徴とする異形円筒部材の誘導加熱方法。
2. 請求項１に記載の異形円筒部材の誘導加熱方法において、
   前記第１加熱工程および第２加熱工程では、加熱対象の厚肉部の温度を測定し、測定温度が目標温度に達すると加熱工程を終了して移動工程を実行し、
   前記第１移動工程および第２移動工程では、薄肉部の温度を測定し、測定温度が目標温度に達すると誘導加熱コイルへの電力供給を停止する
   ことを特徴とする異形円筒部材の誘導加熱方法。
3. 請求項２に記載の異形円筒部材の誘導加熱方法において、
   前記第１加熱工程および第２加熱工程を１回目に実行する場合は、前記目標温度よりも低い第１設定温度に達すると加熱工程を終了して移動工程を実行する
   ことを特徴とする異形円筒部材の誘導加熱方法。
4. 軸方向の一方の端部に設けられた第１厚肉部と、他方の端部に設けられた第２厚肉部と、各厚肉部間に設けられて前記厚肉部に比べて厚さ寸法が小さい薄肉部とを有する異形円筒部材を誘導加熱する誘導加熱装置であって、
   誘導加熱コイルと、
   前記誘導加熱コイルに電力を供給するとともに、供給電力を段階的に変更する電力供給手段と、
   前記異形円筒部材および前記誘導加熱コイルのうちの少なくともいずれか一方を軸方向に相対的に移動させる移動手段と、を備え、
   前記誘導加熱コイルは、前記異形円筒部材の軸方向に沿った幅寸法に応じて設定された幅寸法を有するリング状のコイル本体を有し、前記誘導加熱コイルのコイル本体の幅寸法は、前記異形円筒部材の幅寸法の１／４以上、１／２以下であり、
   前記移動手段は、
   前記コイル本体を、前記第１厚肉部を加熱する第１加熱位置から前記第２厚肉部を加熱する第２加熱位置に、前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第１移動工程と、
   前記コイル本体を、前記第２加熱位置から前記第１加熱位置に、前記異形円筒部材に対して相対的に移動する第２移動工程と、を実行し、
   前記電力供給手段は、
   前記コイル本体を、前記第１加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第１厚肉部を加熱する第１加熱工程と、
   前記コイル本体を、前記第２加熱位置に停止させた状態で電力を供給して前記第２厚肉部を加熱する第２加熱工程と、を実行し、
   前記第一移動工程と前記第二移動工程では、それぞれ前記コイル本体に電力供給を継続したままとし、
   前記第１加熱工程、第１移動工程、第２加熱工程、第２移動工程の一連の工程を実行するごとに、前記誘導加熱コイルに供給する電力を段階的に低下する
   ことを特徴とする異形円筒部材の誘導加熱装置。

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