JP6326318B2 - 誘導加熱コイル及び誘導加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、外側の厚肉部と内側の薄肉部とを有し厚肉部に歯先部と歯底部とを繰り返して設けられて成る異形ワークを誘導加熱するための誘導加熱コイルと、その誘導加熱コイルを用いた誘導加熱方法に関する。

外側の厚肉部と内側の薄肉部とを有し厚肉部に歯先部と歯底部とを繰り返して設けられて成る異形ワークにおいて、歯先部と歯底部に外周側から熱処理をすることが知られている。

例えば、特許文献１には、スプロケットの外周面に対向してスプロケットの外周を囲むように誘導加熱コイルを配置し、外周面への焼入処理をすることにより、外周面を硬化させて高い硬度と耐摩耗性の要求を満たしている。

特開平５−１５６３４５号公報

しかしながら、厚肉部及び薄肉部が設けられ異形ワークでは、厚肉部の歯先部及び歯底部だけでなく、厚肉部の上下端部に対して熱処理を施すことができなった。

そこで、本発明では、厚肉部の歯先部及び歯底部だけでなく厚肉部の上下端部に対して加熱することができる誘導加熱コイル及び誘導加熱方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の特徴的手段を講ずる。
［１］外側に厚肉部を有し内側に薄肉部を有して前記厚肉部に歯先部と歯底部とを繰り返して設けられてなる円環状の異形ワークを誘導加熱するための誘導加熱コイルであって、
前記厚肉部に沿って円弧部を成して前記厚肉部の外側に配置される第１加熱部の上下対と、
前記厚肉部の上下面に沿って円弧状を成して前記厚肉部を挟んで厚み方向に離間して配置される第２加熱部の上下対と、
を備える、誘導加熱コイル。
［２］前記第２加熱部は前記第１加熱部よりも円弧長が短い、前記［１］に記載の誘導加熱コイル。
［３］一方の前記第１加熱部、一方の前記第２加熱部、他方の前記第１加熱部、他方の前記第２加熱部の順に高周波電流が流れるように、前記第１加熱部の上下の何れか及び前記第２加熱部の上下の何れか同士を連結する複数の連結部を備える、前記［１］に記載の誘導加熱コイル。
［４］前記［１］乃至［３］の何れかに記載の誘導加熱コイルを用いて前記異形ワークを誘導加熱するに当たり、
前記異形ワークを横に配置し、前記異形ワークの厚肉部の外側に前記第１加熱部の上下対を配置すると共に前記異形ワークの厚肉部の上下に前記第２加熱部の上下対を配置し、
前記誘導加熱コイルに高周波電力を投入する、誘導加熱方法。
［５］前記誘導加熱コイルに投入する高周波電力を、投入開始からその後一定時間経過すると初期の投入量よりも下げる、前記［４］に記載の誘導加熱方法。
［６］前記異形ワークの前記厚肉部及び前記薄肉部の双方に対向するように上下の何れか一方又は双方に、純鉄でなる抜熱用部材を配置する、前記［４］又は［５］に記載の誘導加熱方法。

本発明によれば、厚肉部の歯先部及び歯底部だけでなく厚肉部の上下端部に対して加熱することができる。また、誘導加熱を短時間に行うことができ、サイクルタイムの向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る誘導加熱コイルの平面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る誘導加熱方法を説明するための図であり、（ａ）は高周波電力のタイムチャートであり、（ｂ）は歯先の温度状況を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。

〔誘導加熱コイル〕
図１は本発明の実施形態に係る誘導加熱コイル１０の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１及び図２には、誘導加熱コイル１０により誘導加熱される異形ワークについても示している。

本実施形態において、熱処理の対象となる異形ワークＷは、外側の厚肉部Ｗ１と内側の薄肉部Ｗ２とを有し厚肉部Ｗ１に歯先部Ｗ３と歯底部Ｗ４とを繰り返して設けられて成り、例えば円環状を成しているが、円弧状を成してもよい。

本発明の実施形態に係る誘導加熱コイル１０は、厚肉部Ｗ１に沿って円弧状を成して厚肉部Ｗ１の外側に配置される第１加熱部１１ａ，１１ｂの上下対と、厚肉部Ｗ１の上下面に沿って円弧状を成して厚肉部Ｗ１を挟んで厚み方向に離間して配置される第２加熱部１２ａ，１２ｂの上下対とを含んで構成される。第１加熱部１１ａ，１１ｂに高周波電流が流れることにより、第１加熱部１１ａ，１１ｂから肉厚部Ｗ１の歯先部Ｗ３及び歯底部Ｗ４に沿って外周面内に対して誘導電流が流れる。第２加熱部１２ａ，１２ｂに高周波電流が流れることにより、第２加熱部１２ａ，１２ｂから肉厚部Ｗ１の上下端面内に対して誘導電流が流れる。よって、異形ワークＷの厚肉部Ｗ１の外周面のみならず厚肉部Ｗ１の上下端面が加熱される。

加熱コイル１０は、一方の第１加熱部１１ａ、一方の第２加熱部１２ｂ、他方の第１加熱部１１ｂ、他方の第２加熱部１２ａの順に高周波電流が流れるように、第１加熱部１１ａ，１１ｂの上下の何れか及び第２加熱部１２ａ，１２ｂの上下の何れか同士を連結する複数の連結部１３を備える。

以下、具体的に説明する。第１加熱部１１ａ，１１ｂの対が、厚肉部Ｗ１の厚み方向の中間で隙間を有するように、一方の第１加熱部１１ａと他方の第１加熱部１１ｂとによって上下で並行して配置されている。第２加熱部１２ａ，１２ｂの対が、厚肉部Ｗ１を挟んで厚肉部Ｗ１に沿って、一方の第２加熱部１２ｂと他方の第２加熱部ａとによって上下で並行して配置されている。

連結部１３は、第１連結部乃至第４連結部で構成される。第１連結部１３ａは、一方の第１加熱部１１ａの一方向端部と一方の第２加熱部１２ｂの一方向端部とを連結する。第２連結部１３ｂは、一方の第２加熱部１２ｂの他方向端部と他方の第１外周加熱部１１ｂの他方向端部とを連結する。第３連結部は、他方の第１外周加熱部１１ｂの一方向端部と他方の第２加熱部１２ａの一方向端部とを連結する。第４連結部は、他方の第２加熱部１２ａの他方向端部と一方の第１加熱部１１ａの他方向端部と連結する。

ここで、給電用接続端部１４ａ，１４ｂの対が、第１加熱部１１ａ，１１ｂの対，第２加熱部１２ａ，１２ｂの対の何れかに設けられる。図１では一方の第１加熱部１１ａが、二つの円弧状に成っており、その円弧状の各一方の第１加熱部１１ａに給電用接続部１４ａ，１４ｂが設けられている。給電用接続部１４ａから流れる高周波電流が、一方の第１加熱部１１ａ，一方の第２加熱部１２ａ，他方の第１加熱部１１ｂ，他方の加熱部１２ａの順に流れる。図２ではＩＩ‐ＩＩ線断面での電流の流れが「＋」及び「‐」の記号で示してある。

誘導加熱コイル１０は、異形ワークＷを横に配置した状態において、異形ワークＷの厚肉部Ｗ１の一部分と平面視で重なり合うように配置される。誘導加熱がなされる領域は、異形ワークＷの肉厚部Ｗ１の円環状の部分であるので、異形ワークＷを軸回りに回転させながら、誘導加熱コイル１０に高周波電流を流すことにより、異形ワークＷの厚肉部Ｗ１の上下端面及び外周面が誘導加熱される。

第２加熱部１２ａ，１２ｂは、第１加熱部１１ａ，１１ｂよりも短い円弧長を有している。これは、第２加熱部１２ａ，１２ｂにより誘導加熱されるワークＷの部分の体積が、第１加熱部１１ａ，１１ｂにより誘導加熱されるワークＷの部分の体積より小さいことによる。また、異形ワークＷは、誘導加熱された後に、誘導加熱コイル１０から引き出され、上下何れかに配置した冷却ジャケット（図示せず）から焼入れ液等の冷却液の噴射を受ける。そのため、第１加熱部１１ａ，１１ｂは最大で中心角が１８０度となるように設定され。第２加熱部１２ａ，１２ｂの中心角は、第１加熱部１１ａ，１１ｂの幅や第２加熱部１２ａ，１２ｂの幅に応じて設定される。

また、図示するように、第２加熱部１２ａ，１２ｂは、平面視で第１加熱部１１ａ，１１ｂの内側にあることが好ましい。これは、第１加熱部１１ａ，１１ｂによって厚肉部Ｗ１の外周面が誘導加熱される間、第２加熱部１２ａ，１２ｂによって厚肉部Ｗ１の上下端面が誘導加熱されることが好ましいからである。

［誘導加熱方法］
本発明の実施形態に係る誘導加熱方法では、先ず、誘導加熱対象となる異形ワークＷを横にして図示しない取付部を介在して配置される。次に、本発明の実施形態に係る誘導加熱コイル１０を異形ワークＷに対して配置する。その際、異形ワークＷの外周面外側に第１加熱部１１ａ，１１ｂの対を配置し、異形ワークＷの厚肉部Ｗ２の上下にそれぞれ第２加熱部１２ａ，１２ｂの対を配置する。その際、第１加熱部１１ａ，１１ｂの対及び第２加熱部１２ａ，１２ｂの対は連結部１３により連結されている。また、例えば第１加熱部１１ａに接続した給電用接続部１４ａ，１４ｂを整合器を介在して高周波電源に接続する。次に、異形ワークＷを軸回りに回転させながら、高周波電源から整合部を経由して誘導加熱コイル１０に高周波電力を投入する。

図３は、本発明の実施形態に係る誘導加熱方法を説明するための図であり、（ａ）は高周波電力のタイムチャートであり、（ｂ）は歯先の温度状況を示す図である。図３において、横軸は時間であり、図３（ａ）の縦軸は投入される高周波電力、図３（ｂ）の縦軸は歯先の温度である。高周波電力を加熱開始から第１時間ｔ_１まで第１の電力量Ｐ１で投入し、第１時間ｔ_１が経過すると第２時間ｔ_２が経過するまで第２の電力量Ｐ２（＜Ｐ１）を投入する。つまり、第１時間まで高電力を投入し、第１時間ｔ_１から第２時間ｔ_２までは低電力を投入する。

すると、第１時間ｔ_１までは、第１加熱部１１ａ，１１ｂに近い歯先が、急激に温度上昇してオーステナイトに相変態し、それ以上加熱され難くなる。その後第２時間に至るまで、歯先温度は一旦緩やかに低下する一方、歯先がオーステナイトに相変態し歯底の温度が上がるようになり、さらに加熱を続けると歯底がオーステナイト化する。すると、第１加熱部１１ａ，１１ｂに近い歯先が歯底と比べて加熱され易くなり、再度上回る。よって、電力Ｐ１を高めに設定して第１時間ｔ_１を出来るだけ短くしても、肉厚部の上下端面及び外周面を所望の温度に高めることが出来る。電力投入開始から第２時間ｔ_２を経過すると、電力投入を停止し、異形ワークＷを誘導加熱コイル１０の開口側から抜いて、異形ワークＷを上下何れかに移動することにより、冷却ジャケットの中空に挿入し、焼入れ液等の冷却液を噴射する。

これにより、誘導加熱コイル１０を用いて異形ワークＷの厚肉部Ｗ１の外周面のみならず上下端面を誘導加熱することができ、厚肉部Ｗ１を断面凹形状で誘導加熱することができる。投入電力量を初期段階では高めに設定して歯先部分が加熱されると投入電力量を初期電力量よりも少なくすることで、歯底部や上下端面が加熱され易くなる。これにより、厚肉部Ｗ１の全体を略均一に誘導加熱することができ、厚肉部Ｗ１の全体の硬さや耐摩耗性を向上させることができる。さらに、初期投入量を高めに設定するため、短時間加熱が可能となりサイクルタイムの短縮化を図ることができる。

本発明の実施形態は前述に限らず特許請求の範囲に記載した範囲内で適宜変更するものも含まれる。
誘導加熱の際に、異形ワークＷの厚肉部Ｗ１及び薄肉部Ｗ２の双方に対向するように上下の何れか一方又は双方に、純鉄でなる抜熱用部材１５を配置してもよい。薄肉部Ｗ２の昇温を確実に防ぐことができる。

図２に一点鎖線で示すように、一方の第１加熱部１１ａと他方の第１加熱部１１ｂとで上下にまたがるようにコア１６を円弧に沿って間隔をあけて配置したり、一方の第２加熱部１２ａ、他方の第２加熱部１２ｂにコア１７を配置したりしてもよい。これにより、異形ワークの外周面に沿って、また上下端面に沿って変動磁場を効率良く発生させることができる。

一方の第１加熱部１１ａの上部、他方の第１加熱部１１ｂの下部は、異形ワークＷの厚肉部Ｗ１に向けて張り出す鍔部１６ａ，１６ｂを第１加熱部１１ａ，１１ｂの湾曲した全長に一体に設けてもよい。これにより、一方の第１加熱部１１ａ、他方の第１加熱部１１ｂから異形ワークＷの厚肉部Ｗ１の外周面に誘導磁場を生じやすくなり、第２加熱部１２ａ，１２ｂによる誘導磁場との重畳により効率的に上下端面を誘導加熱し易くなる。

また、一方の第１加熱部１１ａ、他方の第１加熱部１１ｂ、一方の第２加熱部１２ａ、他方の第２加熱部１２ｂは、つまり、上側第１加熱部１１ａ、下側第１加熱部１１ｂ、上側第２加熱部１２ａ，下側第２加熱部１２ｂは、内部に冷却液通路が設けられている。第１加熱部１ａ，１ｂ及び第２加熱部２ａ，２ｂの各冷却液通路は、各連結部１３により一巡するように構成されている。

Ｗ：異形ワーク
Ｗ１：厚肉部
Ｗ２：薄肉部
Ｗ３：歯先部
Ｗ４：歯底部
１０：誘導加熱コイル
１１：第１加熱部
１１ａ：一方の第１加熱部
１１ｂ：他方の第１加熱部
１２：第２加熱部
１２ａ：一方の第２加熱部
１２ｂ：他方の第２加熱部
１３：連結部
１３ａ：第１連結部
１３ｂ：第２連結部
１４ａ，１４ｂ：給電用接続部
１５：抜熱部材
１６，１７：コア
１６ａ，１６ｂ：鍔部

Claims (6)

1. 外側に厚肉部を有し内側に薄肉部を有して前記厚肉部に歯先部と歯底部とを繰り返して設けられてなる円環状の異形ワークを誘導加熱するための誘導加熱コイルであって、
   前記厚肉部に沿って円弧部を成して前記厚肉部の外側に配置される第１加熱部の上下対と、
   前記厚肉部の上下面に沿って円弧状を成して前記厚肉部を挟んで厚み方向に離間して配置される第２加熱部の上下対と、
   を備える、誘導加熱コイル。
2. 前記第２加熱部は前記第１加熱部よりも円弧長が短い、請求項１に記載の誘導加熱コイル。
3. 一方の前記第１加熱部、一方の前記第２加熱部、他方の前記第１加熱部、他方の前記第２加熱部の順に高周波電流が流れるように、前記第１加熱部の上下の何れか及び前記第２加熱部の上下の何れか同士を連結する複数の連結部を備える、請求項１に記載の誘導加熱コイル。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の誘導加熱コイルを用いて前記異形ワークを誘導加熱するに当たり、
   前記異形ワークを横に配置し、前記異形ワークの厚肉部の外側に前記第１加熱部の上下対を配置すると共に前記異形ワークの厚肉部の上下に前記第２加熱部の上下対を配置し、
   前記誘導加熱コイルに高周波電力を投入する、誘導加熱方法。
5. 前記誘導加熱コイルに投入する高周波電力を、投入開始からその後一定時間経過すると初期の投入量よりも下げる、請求項４に記載の誘導加熱方法。
6. 前記異形ワークの前記厚肉部及び前記薄肉部の双方に対向するように上下の何れか一方又は双方に、純鉄でなる抜熱用部材を配置する、請求項４又は５に記載の誘導加熱方法。

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