JPH0553844B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は高周波加熱コイル及びこの高周波加熱
コイルを用いた小径多段軸物等の表面焼入装置に
関する。

＜従来の技術＞ 以下、小径多段軸物の表面焼入装置に用いられ
る従来の高周波加熱コイルを図面を参照して説明
する。

第４図は従来の小径多段軸物を焼入するための
高周波加熱コイルを説明するための図面であつ
て、第４図ａは小径多段軸物の一例の端部の斜視
図、第４図ｂはマルチ・ターン・コイルの斜視
図、第４図ｃはマルチ・ターン・コイルとこのコ
イルに挿入した小径多段軸物との断面図であり、
第４図ｄはマルチ・ターン・コイルで加熱して小
径多段軸物の端部の側面に形成した硬化層を示
す。

第４図ａにおいて、矢印Ａの方向を長手方向と
する小径多段軸物１の端部には、二つの段差が設
けられて直径が異なる三つの円柱部１ａ，１ｂ，
１ｃが形成されている。この小径多段軸物１はカ
ムシヤフトに用いられるものであり、円柱部１ｂ
の中心軸が円柱部１ａおよび１ｃの中心軸からず
れている。

従来、このような小径多段軸物１の端部の側面
を高周波焼入れするには、第４図ｂに示すよう
に、前記円柱部１ａ，１ｂ，１ｃに対応するよう
に形成されたコイル２ａ，２ｂ，２ｃを直列に接
続したマルチ・ターン・コイル２が用いられてき
た。このマルチ・ターン・コイル２を、第４図ｃ
に示すように、小径多段軸物１に外嵌し、小径多
段軸物１を、長手方向の軸１ｄを中心として回転
しながらマルチ・ターン・コイル２の両端に、第
４図ｂに示すように、高周波電源３から電流を供
給して、小径多段軸物１の表面を加熱した後、図
示しない冷却液ジヤケツトから冷却液を噴出して
小径多段軸物１の冷却して第１図ｄに示すよう
に、硬化層４を形成している。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記した従来の表面焼入装置に
よつて、小径多段軸物の端部の側面の表面焼入れ
を行つた場合には、第４図ｄに示すように、小径
多段軸物１の円柱部１ａと１ｂとの境界の段差部
５ａと、円柱部１ｂと１ｃとの境界の段差部５ｂ
とに硬化層４が形成されないという問題がある。
即ち、第４図ａに示すマルチ・ターン・コイル２
で小径多段軸物１の側面を加熱した場合には、小
径多段軸物には周方向の電流が流れるが、マル
チ・ターン・コイル２はコイル２ａ，２ｂ，２ｃ
に別れているから、これらコイル２ａ，２ｂ，２
ｃの間の部分に相当する段差部５ａ，５ｂには、
マルチ・ターン・コイル２によつて十分な電流が
誘起されて加熱されることがない。従つて、段差
部５ａ，５ｂには硬化層が形成されない。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであ
り、小径多段軸物等の端部の側面に高周波焼入れ
を行つた場合に、この端部に形成された円柱部間
の境界の段差部にも所定の厚さの硬化層を必ず形
成することができる高周波加熱コイルとこの高周
波加熱コイルを用いた小径多段軸物等の表面焼入
装置とを提供することを目的としている。

＜課題を解決するための手段＞ 上記問題点を解決するために本発明の高周波熱
コイルは、ほぼ柱状のワークをワークの長手方向
の軸を中心として回転させながらワークの表面を
加熱する高周波加熱コイルにおいて、この高周波
加熱コイルは、一方の電源接続部を有するほぼ環
状の上部コイルと、上部コイルに対向して配置さ
れたほぼ環状の下部コイルと、上部コイルの前記
電源接続部に対向した位置と下部コイルを連結す
る第１導体と、前記電源接続部に隣接する他方の
電源接続部と下部コイルを連結する第２導体とを
具備しており、前記第１導体及び第２導体はそれ
ぞれワークの表面にほぼ沿つた形状の第１加熱部
及び第２加熱部とを有しており、かつ第１加熱部
及び第２加熱部はワークの表面の両側に、ほぼ対
向するように配置されていることを特徴としてい
る。また、該コイルを用いた表面焼入装置は、前
記高周波加熱コイルと、前記第１導体と第２導体
を介して対向するようにして高周波加熱コイルに
取り付けられた一対の冷却ジヤケツトとを具備し
ており、かつ前記冷却ジヤケツトは中空絶縁体で
あつて、前記第１導体及び第２導体に面する面に
焼入冷却液噴射孔を設けたことを特徴としてい
る。

＜作用＞ 高周波加熱コイルの第１導体の第１加熱部と第
２導体の第２加熱部との間にワークである小径多
段軸物等が設置される。ワークはその長手方向の
軸の中心線を中心として回転される。

高周波加熱コイル冷却液が高周波加熱コイルに
供給され、上部コイル、第１導体、下部コイル、
及び第２導体を冷却しながら通過して後排出され
る。

高周波電源から上部コイルに供給された高周波
電流は、上部コイルを分流後、合流して第１導体
の第１加熱部を通過してから下部コイルに入つて
分流し、次いで合流して第２導体の第２加熱部を
通過後高周波電源に帰る。

上部コイルに分流した電流がワークに発生する
磁束は互いに打ち消し合い、同様に下部コイルに
分流した電流がワークに発生する磁束も互いに打
ち消し合う。従つて、ワークの表面は、第１加熱
部と第２加熱部に流れる電流がワークの軸方向に
誘起した電流によつて一様に加熱される。

ワークの加熱が終了すると、冷却ジヤケツトの
焼入冷却液噴射孔から冷却液がワークの表面に噴
射されてワークが冷却され、ワークの表面に良好
な硬化層が形成される。

＜実施例＞ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。第１図〜第３図は本発明の一実施例を示
し、第１図ａは高周波加熱コイルの一部切り欠き
斜視図、第１図ｂは高周波加熱コイルと組み合わ
されて表面焼入装置を構成する冷却装置の斜視
図、第２図は表面焼入装置の斜視図、第３図は小
径多段軸物の端部の軸方向の断面図である。

第１図ａに示すように、本実施例の高周波加熱
コイル１００は、良導電金属性で中空の四角柱で
作られた上部コイル１０、下部コイル２０、第１
導体３０、及び第２導体４０を具備している。

上部コイル１０はほぼ環状であり、高周波電源
６０の一端が上部コイル１０上に設けられた電源
接続部１１に接続されている。ほぼ環状で上部コ
イル１０とほぼ同形状の下部コイル２０は上部コ
イル１０に対向して配置されている。

上部コイル１０と下部コイル２０を接続する第
１導体３０は、第３図に示すワークの表面１ｅに
対応した形状の第１加熱部３１と、夫々直線状の
上部水平部３２及び下部水平部３３を有してい
る。

上部水平部３２の一端は第１加熱部３１の上端
（第１図ａ上で上方）に接続されており、他端は
電源接続部１１に対向した位置で上下コイル１０
の内周に接続されている。下部水平部３３の一端
は第１加熱部３１の下端に接続されており、他端
は下部コイル２０に接続されている。上部水平部
３２と下部水平部３３とは対向するように配置さ
れている。そして、第１加熱部３１は上部コイル
１０及び下部コイル２０が形成するスペースの内
部に配置されている。

下部コイル２０と高周波電源６０の他端を接続
する第２導体４０は、第１加熱部３１と同様に第
３図に示すワークの表面１ｅに対応した形状に形
成された第２加熱部４１と、夫々直線状の下部水
平部４２、上部水平部４３及び電源接続部４４を
有している。

下部水平部４２の一端は第２加熱部４１の下端
に接続されており、他端は第１導体３０の下部水
平部３３が下部コイル２０に接続された部分に対
向した位置で下部コイル２０に接続されている。
上部水平部４３の一端は第２加熱部４１の上端に
接続されており、他端は電源接続部４４に接続さ
れている。下部水平部４２と上部水平部４３とは
対向するように配置されている。第２加熱部４１
は第１導体３０の第１加熱部３１と対向して、ま
た上部コイル１０及び下部コイル２０が形成する
スペースの内部に配置されている。更に、第１導
体３０の第１加熱部３１と第２導体４０の第２加
熱部４１は、上部コイル１０の中心点と下部コイ
ル２０の中心点とを結ぶ直線に対してほぼ対称で
あるように形成・配置されている。

なお、下部コイル２０の内周に取り付けられた
平板４６は、後記の冷却ジヤケツトが高周波加熱
コイル１００に組み合わされたときに、この冷却
ジヤケツトを高周波加熱コイル１００に固定する
ビス用のねじ孔４７を設けたものである。

本実施例の表面焼入装置は、前記高周波加熱コ
イル１００と冷却装置２００とを有している。

第１図ｂに示すように、焼入冷却装置２００は
一対の冷却ジヤケツト５０を備えている。冷却ジ
ヤケツト５０は、ほぼかまぼこ状で中空絶縁性で
あり、上部に中空の突出部５１が形成しており、
この突出部５１に、図示しない焼入冷却液供給管
が接続される焼入冷却液供給口５２が形成されて
いる。冷却ジヤケツト５０のかまぼこ状の山と反
対側の面には、ほぼ円弧状の凹溝５３が形成され
ており、この凹溝５３に複数の焼入冷却液噴射孔
５４が設けられている。

本実施例の表面焼入装置を組み立てるには、一
対の冷却ジヤケツト５０を、高周波加熱コイル１
００の上方に位置させてから降下させ、第１導体
３０と第２導体４０の両側でこれら導体と上部、
下部両コイルが形成するスペース内に挿入し、図
示しないビスをねじ孔４７に挿通して冷却ジヤケ
ツト５０を高周波加熱コイル１００に固定する。
第２図は、このように組み立てた表面焼入装置の
斜視図である。なお、５５は第１導体３０の上部
水平部３２と下部水平部３３との間、及び第２導
体４０の上部水平部４３と下部水平部４２との間
に挿入されたコアであつて、このコア５５の存在
によつてワークの加熱部分に発生する磁気密度を
増加することができる。

次に、本実施例の高周波加熱コイル及び表面焼
入装置の動作について説明する。

まず、高周波加熱コイル１００の第１導体３０
の第１加熱部３１と第２導体４０の第２加熱部４
１との間に、第３図に示すように、ほぼ柱状のワ
ークである小径多段軸物１が設置される。このワ
ークは、第４図ａで説明した小径多段軸物と類似
のものであつて、その端部の断面は第３図に示す
ような形状をしている。１ｄは小径多段軸物１の
長手方向の軸であつて、小径多段軸物１は軸１ｄ
を中心として回転される。そして、第１加熱部３
１と第２加熱部４１とは、軸１ｄに対して対称で
あるように配置されている。また、軸１ｄを通る
平面による小径多段軸物１の断面の形状が軸１ｄ
に対して完全に対称でない場合には、小径多段軸
物１の端部の各段差部における軸１ｄと直角方向
の最大半径位置の側面と第１加熱部３１間、及び
この側面と第２加熱部４１間にギヤツプが有るよ
うに、第１加熱部３１と第２加熱部４１が配置さ
れている。

高周波加熱コイル１００の電源接続部１１と４
４には、夫々図示しない高周波加熱コイル冷却液
供給管と排出管が接続されており、高周波加熱コ
イル冷却液は、矢印Ｐに示すように高周波加熱コ
イル１００内に入り、上部コイル１０、第１導体
３０、下部コイル２０、及び第２導体４０を冷却
しながら通過して後、矢印Ｑに示すように排出さ
れる。

第１図ａに示すように、高周波電源６０から供
給される矢印Ａの方向の高周波電流（以下Ａ電流
と記す。以下他の矢印の方向の電流も同じ要領で
記す）は、電源接続部１１を経て、上部コイル１
０に分流してＢ電流とＣ電流とに別れた後、第１
導体３０の上部水平部３２と上部コイル１０の接
続部分で合流し、第１導体３０の上部水平部３
２、第１加熱部３１、及び下部水平部３３を順次
Ｄ電として通過後、下部水平部３３と下部コイル
２０の接続部分でＥ電流とＦ電流に分流して下部
コイル２０を通過する。そして、下部コイル２０
と第２導体４０の下部水平部４２の接続部分で合
流し、第２導体４０の下部水平部４２、第２加熱
部４１、及び上部水平部４３を順次Ｇ電流として
通過後、電源接続部４４からＨ電流として高周波
電源６０に帰る。

Ｂ電流とＣ電流とがワークに発生する磁束は互
いに打ち消し合う。同様に、Ｅ電流とＦ電流とが
ワークに発生する磁束も互いに打ち消し合う。従
つて、ワークの加熱に寄与する電流はＤ電流とＧ
電流になる。Ｄ電流とＧ電流とによて、ワークの
表面にはワークの軸方向の電流が流れ、しかもワ
ークはワークの軸の中心線を中心として回転させ
られているから、ワークの表面は一様に加熱され
る。

従つて、Ｄ電流とＧ電流のみでワークの表面が
集中的に加熱され、ワーク表面の焼入れ深さが一
様になる。

ワークの加熱が終了すると、冷却ジヤケツト５
０の焼入冷却供給口５２に矢印Ｓの方向に供給さ
れた焼入冷却液は、焼入冷却液噴射孔５４から吐
出してワークの表面を一様に冷却する。そして、
ワークの端部の側面には、第３図に示すような良
好な硬化層４ａが得られる。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明の高周波加熱コイ
ルは、ほぼ柱状のワークをワークの長手方向の軸
を中心として回転させながらワークの側面を加熱
する高周波加熱コイルであつて、一端が高周波電
源に接続されたほぼ環状の上部コイルと、この上
部コイルに対向して配置されたほぼ環状の下部コ
イルと、ワークの側面にほぼ対応した形状の第１
加熱部を有し上部コイルと下部コイルを連結する
第１導体と、ワークの側面にほぼ対応した形状の
第２加熱部を有し一端が下部コイルに他端が高周
波電源の他端に接続された第２導体とを具備し、
第１加熱部および第２加熱部を、ワークの側面の
両側に、ほぼ対向するように配置している。

そして、ワークである小径多段軸物は、第１加
熱部と第２加熱部間に配置され且つワークの軸の
中心線を中心として回転させられながら高周波加
熱コイルによつて加熱される。

また、本発明の表面焼入装置は、前記高周波加
熱コイルと、第１導体と第２導体を介して対向す
るように配置された一対の冷却ジヤケツトとを有
し、且つ冷却ジヤケツトは中空絶縁性であつて第
１及び第２導体に面する焼入冷却液噴射孔を設け
ている。

従つて、本発明の表面焼入装置によつて小径多
段軸物の端部の表面を焼入した場合には、ワーク
の表面に一様に電流が流れることと、被焼入面に
直接焼入冷却液を適量噴射できるので十分な冷却
効果を得るとともに、小径多段軸でも冷却の遅れ
を防止することができるという利点があり、良好
な硬化層を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第
１図ａは高周波加熱コイルの一部切り欠き斜視
図、第１図ｂは高周波加熱コイルと組み合わされ
て表面焼入装置を構成する冷却装置の斜視図、第
２図は表面焼入装置の斜視図、第３図は小径多段
軸物の端部の軸方向の断面図である。第４図は小
径多段軸物を焼入するための従来の高周波加熱コ
イルを説明するための図面であつて、第４図ａは
小径多段軸物の端部の斜視図、第４図ｂはマル
チ・ターン・コイルの斜視図、第４図ｃはマル
チ・ターン・コイルとこのコイルに挿入した小径
多段軸物の断面図であり、第４図ｄはマルチ・タ
ーン・コイルで加熱して小径多段軸物の端部の側
面に形成された硬化層を示す。 １０……上部コイル、２０……下部コイル、３
０……第１導体、３１……第１加熱部、４０……
第２導体、４１……第２加熱部、５０……冷却ジ
ヤケツト、５４……焼入冷却液噴射孔、６０……
高周波電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ほぼ柱状のワークをワークの長手方向の軸を
   中心として回転させながらワークの表面を加熱す
   る高周波加熱コイルにおいて、この高周波加熱コ
   イルは、一方の電源接続部を有するほぼ環状の上
   部コイルと、上部コイルに対向して配置されたほ
   ぼ環状の下部コイルと、上部コイルの前記電源接
   続部に対向した位置と下部コイルを連結する第１
   導体と、前記電源接続部に隣接する他方の電源接
   続部と下部コイルを連結する第２導体とを具備し
   ており、前記第１導体及び第２導体はそれぞれワ
   ークの表面にほぼ沿つた形状の第１加熱部及び第
   ２加熱部とを有しており、かつ第１加熱部及び第
   ２加熱部はワークの表面の両側に、ほぼ対向する
   ように配置されていることを特徴とする高周波加
   熱コイル。 ２ 請求項１記載の高周波加熱コイルと、前記第
   １導体と第２導体を介して対向するようにして高
   周波加熱コイルに取り付けられた一対の冷却ジヤ
   ケツトとを具備しており、かつ前記冷却ジヤケツ
   トは中空絶縁体であつて、前記第１導体及び第２
   導体に面する面に焼入冷却液噴射孔を設けたこと
   を特徴とする該コイルを用いた表面焼入装置。