JP6282294B2 - 複合ワークピースのシングルショット誘導加熱用インダクタ - Google Patents
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Description
この出願は、2013年6月22日に出願された米国仮出願第61/838249の利益を主張する。その全体を参照により本明細書で援用する。
本発明は、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する該円形部品の一端に接続されたものを有する複合ワークピースの電気誘導シングルショット加熱処理に関する。
実体軸又は中空軸などの直円柱状ワークピースを冶金的に熱処理(焼き入れ)して、目的の用途でワークピースに加えられる力に抵抗させることができる。例えば、ワークピースは、自動車のパワートレインで使用するために冶金的に焼き入れされる様々な円筒形自動車部品の場合がある。
一態様では、本発明は、複合ワークピースをシングルショットインダクタで誘導加熱処理するための装置及び方法である。複合ワークピースは、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径の該円形部品の一端に接続されたもの有する。シングルショット一周インダクタは、2個の長手方向脚部インダクタ部の第1端部に接続された単一のクロスオーバーインダクタ部を有し、該2個の長手方向脚部の第2端部は鍔インダクタ部に接続され、該鍔インダクタ部は、該複合ワークピースが誘導加熱の適用のためにシングルショット一周インダクタに装填されたときに該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品の全周を取り囲む。クロスオーバーインダクタ部は、鍔インダクタ部及び長手方向脚部インダクタ部と共に電気的に直列に接続されて完全な電気回路を形成する。
図3〜図5(b)は、本発明のシングルショットインダクタ10の一例を示す。図3を参照すると、シングルショットインダクタ10は、クロスオーバーインダクタ部12と、長手方向脚部14a及び14bと、鍔インダクタ部16とを備える。クロスオーバー部12は、クロスオーバー半部12a及び12a’を備える。クロスオーバー半部12a及び12a’は、例えば絶縁溝22によって、クロスオーバー半部12a及び12a’が交流電源24の出力部に接続できるように互いに電気的に分離される。絶縁溝22は、空気充填誘電体であることができ、又はシートマイカなどの電気絶縁材料で充填できる。鍔インダクタ部16は、連続的な導電体を形成する連続鍔半部16a及び16bを備え、該導電体は、長手方向脚部14a及び14bに電気的に接続されている。鍔インダクタ部16の半部16a及び16bの両方は、互いに対して並列に電気的に接続されている。鍔インダクタ部16の半部16a及び16bのそれぞれは、この例では、高段部(16a’及び16b’)及び低段部(16a”及び16b”)領域が図3に示すように傾斜相互接続領域(16a’’’及び16b’’’)を介して接続されるように輪郭形成(プロファイル)されている(図において段部領域16b”は部分的に隠れている)。本発明の全ての実施形態では、輪郭形成は、加熱処理を受ける特定の複合ワークピースの幾何学的特徴を収容することが必要な場合には、鍔インダクタ部の選択領域をレリーフ成形することによって達成できる。必要に応じて、クロスオーバーインダクタ部又は長手方向脚部インダクタ部も輪郭形成できる。
11 シングルショットインダクタ
12 クロスオーバーインダクタ部
12a クロスオーバー半部
12a’ クロスオーバー半部
13a 電源供給端部
13b 供給脚部クロスオーバー部端部
13c 電源戻り端部
13d 戻り脚部クロスオーバー部端部
14a 長手方向脚部インダクタ部
14a’ 供給脚部クロスオーバー端部
14a” 供給脚部鍔端部
14b 長手方向脚部
15a 長手方向脚部インダクタ部
15b 長手方向脚部インダクタ部
16 鍔インダクタ部
16a 連続鍔半部
16b 連続鍔半部
16a’ 高段部領域
16b’ 高段部領域
16a” 低段部領域
16b” 低段部領域
17a 第1鍔部戻り脚部端部
17b 第1鍔部供給脚部端部
17c 第2鍔部供給脚部端部
17d 第2鍔部戻り脚部端部
22 絶縁溝
30 シングルショットインダクタ
32 上部鍔インダクタ部
32a 上部鍔第1部
32b 上部鍔第2部
32a’ 上部鍔第1部第1脚部端部
32a” 上部鍔第1部第2脚部端部
32b’ 上部鍔第2部第1脚部端部
32b” 上部鍔第2部第2脚部端部
34a 電力供給長手方向脚部インダクタ部
34a’ 電力供給長手方向脚部上部鍔部端部
34a” 電力供給長手方向脚部下部鍔部端部
35a 電源供給端子
35b 電源戻り端子
36 下部鍔インダクタ部
36a 下部鍔第1部
36b 下部鍔第2部
90 複合ワークピース
100 シングルターンチャネルインダクタ
102 第1(上部)クロスオーバー部
102a クロスオーバー半部
102a’ クロスオーバー半部
104a 長手方向脚部
104b 長手方向脚部
106 第2(下部)クロスオーバー部
106a’ 内部冷却路
Claims (16)
- 中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースの誘導加熱処理のためのシングルショットインダクタであって、該少なくとも部分的に円筒形の部品は、該円形部品の一端に接続され、該円形部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有し、該シングルショットインダクタは、次のものを備える:
クロスオーバーインダクタ部、ここで、該クロスオーバーインダクタ部は、供給クロスオーバー部及び戻りクロスオーバー部を備え、該供給クロスオーバー部は、電源供給端部及び供給脚部クロスオーバー部端部を有し、該供給脚部クロスオーバー部端部は、該電源供給端部と対向し、該戻りクロスオーバー部は、電源戻り端部及び戻り脚部クロスオーバー部端部を有し、該戻り脚部クロスオーバー部端部は、該電源戻り端部と対向し、該供給クロスオーバー部及び該戻りクロスオーバー部は、電源供給端部と電源戻り端部との間で互いに電気的に分離され、該電源供給端部及び電源戻り端部は、互いに隣接して配置され、かつ、誘電体によって分離されており;
鍔インダクタ部、ここで、該鍔インダクタ部は、第1鍔部及び第2鍔部を備え、該第1鍔部は、第1鍔部供給脚部端部及び第1鍔部戻り脚部端部を有し、該第1鍔部戻り脚部端部は、該第1鍔部供給脚部端部に対向し、該第2鍔部は、第2鍔部供給脚部端部及び第2鍔部戻り脚部端部を有し、該第2鍔部戻り脚部端部は、該第2鍔部供給脚部端部と対向しており;
供給脚部クロスオーバー端部及び供給脚部鍔端部を有する供給長手方向脚部インダクタ部、ここで、該供給脚部鍔端部は、該供給脚部クロスオーバー端部と対向し、該供給脚部クロスオーバー端部は、該供給脚部クロスオーバー部端部に接続され、該供給脚部鍔端部は、該第1鍔部供給脚部端部と第2鍔部供給脚部端部との間で接続されており;及び
戻り脚部クロスオーバー端部及び戻り脚部鍔端部を有する戻り長手方向脚部インダクタ部、ここで、該戻り脚部鍔端部は、該戻り脚部クロスオーバー端部と対向し、該戻り脚部クロスオーバー端部は、該戻り脚部クロスオーバー部端部に接続され、該戻り脚部鍔端部は、第1鍔部戻り脚部端部と第2鍔部戻り脚部端部との間に接続されて、電気的に並列に接続される該第1鍔部及び第2鍔部から、該供給長手方向脚部インダクタ部の供給脚部鍔端部及び該戻り長手方向脚部インダクタ部の戻り脚部鍔端部の周りに連続的な導電体を形成し、それによって、該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品が供給長手方向脚部インダクタ部と戻り長手方向脚部インダクタ部との間に位置し、円形部品が該鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されて前記第1鍔部及び第2鍔部が複合ワークピースの全周を取り囲み、交流電源が該供給クロスオーバー部の電源供給端部と該戻りクロスオーバー部の電源戻り端部との間で接続されたときに、該複合ワークピースは誘導加熱処理される、
シングルショットインダクタ。 - 前記クロスオーバーインダクタ部は、形状が半円筒形であり、前記供給クロスオーバー部及び前記戻りクロスオーバー部は、それぞれ、形状が4分の1円筒形であり;
前記鍔インダクタ部は、形状が環状の円筒形リングであり、前記第1鍔部及び第2鍔部は、それぞれ、環状半円筒形リングであり、かつ、等しい円弧状の長さのものであり;
前記供給長手方向脚部インダクタ部及び前記戻り長手方向脚部インダクタ部は、該クロスオーバーインダクタ部及び前記鍔インダクタ部の径方向平面に対して垂直に長さにおいて方向付けられている、請求項1に記載のシングルショットインダクタ。 - 前記供給クロスオーバー部及び前記戻りクロスオーバー部が互いに非同一平面上にある、請求項1又は2に記載のシングルショットインダクタ。
- 前記供給クロスオーバー部、前記戻りクロスオーバー部、前記供給長手方向脚部インダクタ部、前記戻り長手方向脚部インダクタ部、前記第1鍔部又は前記第2鍔部の少なくとも一つにおいて少なくとも1つのプロファイル領域をさらに備える、請求項1、2又は3に記載のシングルショットインダクタ。
- 前記少なくとも1つのプロファイル領域が段部プロファイル領域を含む、請求項4に記載のシングルショットインダクタ。
- 少なくとも1個の内部冷却回路が、該少なくとも1個の内部冷却回路内に冷却媒体を流すために、前記クロスオーバーインダクタ部、前記供給長手方向脚部インダクタ部、前記戻り長手方向脚部インダクタ部及び前記鍔インダクタ部内にさらに形成されてなる、請求項1〜5のいずれかに記載のシングルショットインダクタ。
- 前記第1鍔部内の第1鍔部内部冷却路と連通する第1冷却回路供給入口ポート;
該第1鍔部内部冷却路と連通する戻り長手方向脚部インダクタ部内の戻り長手方向脚部インダクタ部内部冷却路
を備える第1冷却回路と、
該戻り長手方向脚部インダクタ部内部冷却路と連通する該戻りクロスオーバー部内の戻りクロスオーバー部内部冷却路と、
該戻りクロスオーバー部内部冷却路と連通し、それによって冷却媒体が前記第1鍔部、該戻り長手方向脚部インダクタ部及び該戻りクロスオーバー部を通って連続的に流れる第1冷却回路戻り出口ポートと、
次のものを備える第2冷却回路:
該第2鍔部内の第2鍔部内部冷却路と連通する第2冷却回路供給入口ポート;
該第2鍔部内部冷却路と連通する該供給長手方向脚部インダクタ部内における供給長手方向脚部インダクタ部内部冷却路;
該供給長手方向脚部インダクタ部内部冷却路と連通する該供給クロスオーバー部内における供給クロスオーバー部内部冷却路;
該供給クロスオーバー部内部冷却路と連通し、それによって冷却媒体が該第2鍔部、該供給長手方向脚部インダクタ部及び該供給クロスオーバー部を通して連続的に流れる第2冷却回路戻り出口ポートと
をさらに備える、請求項1〜5のいずれかに記載のシングルショットインダクタ。 - 中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースのインダクタ加熱処理用のシングルショットインダクタであって、該少なくとも部分的に円筒形の部品は、該円形部品の一端に接続され、そして該円形部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有し、該シングルショットインダクタは次のものを備える:
上部鍔インダクタ部、ここで、該上部鍔インダクタ部は、上部鍔第1部及び上部鍔第2部を備え、該上部鍔第1部は、上部鍔第1部第1脚部端部及び上部鍔第1部第2脚部端部を有し、該上部鍔第1部第2脚部端部は、該上部鍔第1部第1脚部端部と対向し、該上部鍔第2部は、上部鍔第2部第1脚部端部及び上部鍔第2部第2脚部端部を有し、該上部鍔第2部第2脚部端部は、該上部鍔第2部第1脚部端部と対向しており;
下部鍔インダクタ部、ここで、該下部鍔インダクタ部は、下部鍔第1部及び下部鍔第2部を備え、該下部鍔第1部は、下部鍔第1部第1脚部端部及び下部鍔第1部第2脚部端部を有し、該下部鍔第1部第2脚部端部は、該下部鍔第1部第1脚部端部と対向し、該下部鍔第2部は、下部鍔第2部第1脚部端部及び下部鍔第2部第2脚部端部を有し、該下部鍔第2部第2脚部端部は、下部鍔第2部第1脚部端部と対向しており;
電力供給長手方向脚部上部鍔部端部及び電力供給長手方向脚部下部鍔部端部を有する電力供給長手方向脚部インダクタ部、ここで、該電力供給長手方向脚部上部鍔部端部と該電力供給長手方向脚部下部鍔部端部との間には電源供給端子及び電源戻り端子が配置され、該電源供給端子及び該電源戻り端子は互いに電気的に分離され、該電力供給長手方向脚部上部鍔部端部は、該上部鍔第1部第1脚部端部及び該上部鍔第2部第1脚部端部に接続され、該電力供給長手方向脚部下部鍔部端部は、該下部鍔第1部第1脚部端部及び該下部鍔第2部第1脚部端部に接続されており;
戻り長手方向脚部上部鍔部端部及び戻り長手方向脚部下部鍔部端部を有する戻り長手方向脚部インダクタ部、ここで、該戻り長手方向脚部下部鍔部端部は、該戻り長手方向脚部上部鍔部端部と対向し、該戻り長手方向脚部上部鍔部端部は、該上部鍔第1部第2脚部端部及び該上部鍔第2部第2脚部端部に接続され、該戻り長手方向脚部下部鍔部端部は、該下部鍔第1部第2脚部端部及び該下部鍔第2部第2脚部端部に接続され、前記上部鍔第1部及び前記上部鍔第2部は電気的に並列に接続され、前記下部鍔第1部及び下部鍔第2部は電気的に並列に接続され、それによって、該複合ワークピースがシングルショットインダクタに装填され、該少なくとも部分的に円筒形の部品が該電力供給長手方向脚部インダクタ部と該戻り長手方向脚部インダクタ部との間に配置され、該円形部品が該下部鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されて前記上部鍔インダクタ部及び下部鍔インダクタ部が複合ワークピースの全周を取り囲み、そして交流電源が該電源供給端子と電源戻り端子との間に接続されたときに、該複合ワークピースは誘導加熱処理される、シングルショットインダクタ。 - 前記上部鍔インダクタ部及び前記下部鍔インダクタ部は、それぞれ形状が環状円筒形リングであり;前記上部鍔第1部及び前記上部鍔第2部は、それぞれ、形状が環状半円筒形リングであり、かつ、等しい円弧状の長さのものであり;しかも、前記下部鍔第1部及び前記下部鍔第2部は、それぞれ、形状が環状半円筒形リングであり、かつ、等しい円弧状の長さのものであり;及び
前記電力供給長手方向脚部インダクタ部及び前記戻り長手方向脚部インダクタ部は、該上部鍔インダクタ部及び該下部鍔インダクタ部の径方向平面に対して垂直に長さにおいて方向付けられている、請求項8に記載のシングルショットインダクタ。 - 前記電源供給端子と前記電力供給長手方向脚部上部鍔部端部との間の距離が、前記電源戻り端子と前記電力供給長手方向脚部下部鍔部端部との間の距離には等しくない、請求項8又は9に記載のシングルショットインダクタ。
- 前記上部鍔インダクタ部、前記下部鍔インダクタ部、前記電力供給長手方向脚部インダクタ部又は前記戻り長手方向脚部インダクタ部の少なくとも一つにおいて少なくとも1つのプロファイル領域をさらに含む、請求項8、9又は10に記載のシングルショットインダクタ。
- 前記少なくとも1つのプロファイル領域が段部プロファイル領域を備える、請求項11に記載のシングルショットインダクタ。
- 少なくとも1個以上の内部冷却回路が、該少なくとも1個以上の内部冷却回路内に冷却媒体を流すために、前記上部鍔インダクタ部、前記電力供給長手方向脚部インダクタ部、前記戻り長手方向脚部インダクタ部及び前記下部鍔インダクタ部内にさらに形成されてなる、請求項8〜12のいずれかに記載のシングルショットインダクタ。
- 中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースを加熱処理インダクタでシングルショット誘導加熱処理する方法であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品は、該円形部品の一端に接続され、該円形部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有し、該加熱処理インダクタは、次のものを備え:クロスオーバーインダクタ部、ここで、該クロスオーバーインダクタ部は、供給クロスオーバー部及び戻りクロスオーバー部を備え、該供給クロスオーバー部は、電源供給端部及び供給脚部クロスオーバー部端部を有し、該供給脚部クロスオーバー部端部は、該電源供給端部と対向し、該戻りクロスオーバー部は、電源戻り端部及び戻り脚部クロスオーバー部端部を有し、該戻り脚部クロスオーバー部端部は、該電源戻り端部と対向し、該供給クロスオーバー部及び該戻りクロスオーバー部は、該電源供給端部と該電源戻り端部との間で互いに電気的に分離され、該電源供給端部及び該電源戻り端部は、互いに隣接して配置され、かつ、誘電体によって分離されているものとし;鍔インダクタ部、ここで、該鍔インダクタ部は、第1鍔部及び第2鍔部を備え、該第1鍔部は、第1鍔部供給脚部端部及び第1鍔部戻り脚部端部を有し、該第1鍔部戻り脚部端部は、該第1鍔部供給脚部端部と対向し、該第2鍔部は、第2鍔部供給脚部端部及び第2鍔部戻り脚部端部を有し、該第2鍔部戻り脚部端部は、該第2鍔部供給脚部端部と対向するものとし;供給脚部クロスオーバー端部及び供給脚部鍔端部を有する供給長手方向脚部インダクタ部、ここで、該供給脚部鍔端部は、該供給脚部クロスオーバー端部と対向し、該供給脚部クロスオーバー端部は、該供給脚部クロスオーバー部端部に接続され、該供給脚部鍔端部は、該第1鍔部供給脚部端部と該第2鍔部供給脚部端部との間で接続されるものとし;及び戻り脚部クロスオーバー端部及び戻り脚部鍔端部を有する戻り長手方向脚部インダクタ部、ここで、該戻り脚部鍔端部は、該戻り脚部クロスオーバー端部と対向し、該戻り脚部クロスオーバー端部は、該戻り脚部クロスオーバー部端部に接続され、該戻り脚部鍔端部は、該第1鍔部戻り脚部端部と該第2鍔部戻り脚部端部との間に接続されて、電気的に並列に接続される該第1鍔部及び該第2鍔部から、該供給長手方向脚部インダクタ部の供給脚部鍔端部及び該戻り長手方向脚部インダクタ部の戻り脚部鍔端部の周りに連続的な導電体を形成するものとし;
該方法は、次の工程:
該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品を、該円形部品が該加熱処理インダクタの該鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されて前記第1鍔部及び第2鍔部が複合ワークピースの全周を取り囲むように、該供給長手方向脚部インダクタ部と該戻り長手方向脚部インダクタ部との間に装填し;
該供給クロスオーバー部の該電源供給端部と該戻りクロスオーバー部の該電源戻り端部との間に交流電流を供給して該複合ワークピースを誘導加熱処理し;及び
該加熱処理インダクタから複合ワークピースを取り外すこと
を含む方法。 - 前記供給クロスオーバー部の前記電源供給端部と前記戻りクロスオーバー部の前記電源戻り端部との間に交流電流を供給する期間の少なくとも一部の間に、前記複合ワークピースを該複合ワークピースの中心軸周りで回転させることをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 請求項8〜13のいずれか1項に記載の加熱処理インダクタにより、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースをシングルショット誘導加熱処理する方法にして、該少なくとも部分的に円筒形の部品が、該円形部品の一端に接続され、該円形部品が、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有する方法であって、
該円形部品が該加熱処理インダクタの該下部鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されるように該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品を該電力供給長手方向脚部インダクタ部と該戻り長手方向脚部インダクタ部との間に装填する工程と、
該電源供給端子と該電源戻り端子との間に交流電流を供給して該複合ワークピースを誘導加熱処理する工程と、
該加熱処理インダクタから複合ワークピースを取り外す工程とを含む方法。
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