JPH08143947A

JPH08143947A - 端面又はフランジ面焼入コイル

Info

Publication number: JPH08143947A
Application number: JP6315769A
Authority: JP
Inventors: Hiyoshi Watanabe; 日吉渡邊
Original assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-04
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2841169B2

Abstract

(57)【要約】【目的】端面又はフランジ面である被焼入面を焼入す
るために、被焼入面に対向する加熱導体により、被焼入
面を均一に加熱する。加熱中に被焼入面を目視観察でき
るようにする。加熱導体から被焼入面までのギャップの
管理を簡単にする。加熱導体に冷却液を噴出するための
ジャケットを取付けることができるようにする。被焼入
面の中心部に設けられた軸体や軸孔の周面を、被焼入面
と同時にバランスよく加熱する。【構成】加熱導体として円弧部１０を用いる。円弧部
１０は半径が段階的に変化する複数の小円弧部１１〜１
５からなる。半径が最大の小円弧部１１は被焼入面の最
外周部に対向し、半径が最小の小円弧部１５は被焼入面
の最内周部に対向する。小円弧部１１〜１５の周長は、
半径が小さいものほど短くなっている。被焼入面の中心
部に設けられた軸体や軸孔の周面を加熱するために、円
弧部１０の中心位置に半開放鞍型部２０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの被焼入面であ
る端面又はフランジ面を焼入するためにその被焼入面を
高周波誘導加熱する端面又はフランジ面焼入コイルに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの被焼入面である端面又はフラン
ジ面を焼入する場合、従来はパンケーキ型の焼入コイル
が使用されている。この焼入コイルは、図８（Ａ）に示
すように、銅製の丸管をパンケーキのように何回も巻い
て形成した加熱導体１を具備する。焼入の際には、この
加熱導体１をワークＷの被焼入面ＷＡに対向させ、ワー
クＷを回転させながら加熱導体１に高周波電流を流し
て、被焼入面ＷＡ全体を誘導加熱する。加熱が終わる
と、被焼入面ＷＡから加熱導体１を遠ざけて、被焼入面
ＷＡに冷却液を吹き付ける。被焼入面ＷＡに焼きむらが
生じないように、加熱導体１においては丸管が殆ど隙間
のない状態で巻かれている。

【０００３】ワークＷによっては、被焼入面ＷＡだけで
なく、被焼入面ＷＡの中心部に突設された軸体ＷＢの付
け根部外面を端面と共に焼入する場合や、被焼入面ＷＡ
の中心部に開設された軸孔ＷＣの入口部内面を被焼入面
ＷＡと共に焼入する場合もある。これらの場合は、図８
（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、丸管をコイル状に巻いて
形成した副加熱導体２を加熱導体１の中心部に付設した
焼入コイルが使用される。そして、その副加熱導体２を
軸体ＷＢの付け根部外面に対向させたり、軸孔ＷＣの入
口部内面に対向させたりすることにより、これらの周面
を被焼入面ＷＡと同時に加熱する。

【０００４】また、図８（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示す
ように、円錐状に傾斜した被焼入面ＷＡを焼入する場合
もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】パンケーキ型の焼入コ
イルを使用した従来の焼入においては、その焼入コイル
の構成に起因して次のような問題がある。

【０００６】加熱導体１を構成する丸管間に隙間が殆ど
ないため、加熱時に被焼入面ＷＡが加熱導体１によって
覆い隠され、被焼入面ＷＡを十分に観察できない。その
ため、目視による加熱温度（焼け具合）の判定が困難で
ある。

【０００７】加熱導体１から被焼入面ＷＡまでの距離
（ギャップ）を一定とした場合、被焼入面ＷＡの外周部
の方が内周部より高温となり、被焼入面ＷＡが均一に加
熱されない。そのため、加熱導体１の外周部から内周部
に向かうにつれてギャップが小さくなるようにギャップ
調整が行われるが、その調整が困難である。そのため、
被焼入面ＷＡの不均一加熱が避けられない。この問題
は、被焼入面ＷＡが円錐状に傾斜している場合に特に顕
著となる。

【０００８】加熱導体１を構成する丸管間に隙間がない
ため、加熱した被焼入面ＷＡに冷却液を吹き付ける際
に、焼入コイル或いはワークＷを移動させる必要があ
る。また、加熱導体１に加熱促進のための例えばフェラ
イト等からなるコアを付けることもできない。

【０００９】軸体ＷＢの外面や軸孔ＷＣの内面を同時加
熱する場合、その加熱にコイル状の副加熱導体２が使用
されるため、被焼入面ＷＡよりもこれらの部分の方が先
に温度上昇する傾向が強く、被焼入面ＷＡとそれ以外の
部分との温度バランスをとることが難しい。

【００１０】本発明はかかる事情に鑑みて創案されたも
のであり、被焼入面である端面又はフランジ面の焼け具
合を直接目視でき、しかも被焼入面を簡単に均一加熱で
きる端面又はフランジ面焼入コイルを提供することを目
的とする。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、被焼入面の中
心部に設けられた軸体の外面や軸孔の内面を同時加熱す
る場合に、それらの部分と被焼入面との加熱温度を簡単
にバランスさせることができる端面又はフランジ面焼入
コイルを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる端面又は
フランジ面焼入コイルは、ワークの被焼入面である端面
又はフランジ面を焼入するためにその被焼入面を高周波
誘導加熱するコイルであって、前記被焼入面に対向する
加熱導体として、一端部が前記被焼入面の外周部に対向
し、他端部が前記被焼入面の内周部に対向するように、
半径が一端部から他端部へ向かうに連れて段階的または
連続的に減少すると共に、他端部に近づくほど半径の減
少度が大となる円弧部を具備することを特徴としてい
る。

【００１３】また、請求項２に記載の端面又はフランジ
面焼入コイルは、被焼入面を半径方向に等長分割したと
きに被焼入面に形成される複数のトラックに対応して段
階的に半径が減少する複数の小円弧部により前記円弧部
を形成し、円弧部の中心から複数の小円弧部をそれぞれ
見込む角度を、小円弧部が対応するトラックの面積にほ
ぼ比例させたものである。

【００１４】また、請求項３に記載の端面又はフランジ
面焼入コイルは、ワークの被焼入面とその被焼入面中心
部に突設された軸体の付け根部外面とを同時に高周波誘
導加熱するため、前記円弧部の中心位置に、前記円弧部
に直列に接続され、かつ前記軸体の付け根部外面に対向
するように中心軸方向に突出する半開放鞍形部を設けた
ものである。

【００１５】また、請求項４に記載の端面又はフランジ
面焼入コイルは、ワークの被焼入面とその被焼入面中心
部に開設された軸孔の入口部内面とを同時に高周波誘導
加熱するため、前記円弧部の中心位置に、前記円弧部に
直列に接続され、かつ前記軸孔の入口部内面に対向する
ように中心軸方向に突出する半開放鞍形部を設けたもの
である。

【００１６】さらに、請求項５に記載の端面又はフラン
ジ面焼入コイルは、円錐状に傾斜した被焼入面を高周波
誘導加熱するため、前記被焼入面までの距離が各部でほ
ぼ一定となるように、前記円弧部を傾斜させたものであ
る。

【００１７】

【作用】本発明にかかる端面又はフランジ面焼入コイル
においては、加熱導体の円弧部が被焼入面に部分的に対
向する。この状態で被焼入面を回転させながら加熱導体
に高周波電流を流すことにより、被焼入面が加熱され
る。ここで、円弧部は被焼入面の外周部から内周部にか
けて対向する。また、内周部に向かうほど半径の減少度
が大となり、被焼入面の外周部と内周部の面積差が吸収
される。そのため、円弧部が被焼入面に部分的に対向す
るにもかかわらず、被焼入面の均一加熱が可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の１実施例を示す端面又はフランジ
面焼入コイルの斜視図、図２は同コイルの底面図、図３
は同コイルの正面図、図４は同コイルを付属部材と組み
合わせた状態を示す底面図、図５は円弧部の設計方法を
説明するための模式平面図である。

【００１９】ここに示された端面又はフランジ面焼入コ
イルは、被焼入面ＷＡの中心部に軸孔ＷＣが形成されか
つその被焼入面ＷＡが円錐状に傾斜したワークＷの、被
焼入面ＷＡから軸孔ＷＣの入口部内面にかけての部分を
同時加熱するのに使用される。

【００２０】本実施例に係る端面又はフランジ面焼入コ
イルは、図１〜図３に示すように、ワークＷの被焼入面
ＷＡを加熱する加熱導体として、その被焼入面ＷＡに半
周にわたって対向する円弧部１０を具備する。また、軸
孔ＷＣの入口部内面を加熱する副加熱導体として、円弧
部１０の中心位置に突設された半開放鞍型部２０を具備
する。

【００２１】さらに、これらに給電を行う給電導体とし
て、円弧部１０の中心位置から半開放鞍型部２０の反対
側に延出した一対のＬ形リード部３０、３０を具備す
る。これらは、後述する直線部４０と共に銅製の角管に
より構成されて、端面又はフランジ面焼入コイルを形成
している。

【００２２】円弧部１０は、中心からの距離（半径）が
段階的に小さくなる複数の定半径の小円弧部１１〜１５
を繋いだ形状になっている。半径の最も大きい小円弧部
１１は被焼入面ＷＡの最外周部に対向し、半径の最も小
さい小円弧部１５は、被焼入面ＷＡの最内周部に対向す
る。そして、小円弧部１１〜１５を中心から見込む角度
は、半径の大きいものから小さいものへ段階的に小さく
なっている。つまり、小円弧部１１〜１５の半径の減少
度は、大半径側から小半径側へ向かうほど大となってい
る。なお、小円弧部１１〜１５の具体的な設計方法につ
いては後で詳しく説明する。

【００２３】半開放鞍型部２０は、円弧部１０の中心に
対して同心とされた半円部２１と、半円部２１の両端部
から中心軸方向に延出した一対の直線部２２、２２とか
らなる。これらは、ワークＷの被焼入面ＷＡに円弧部１
０を対向させたときに、軸孔ＷＣに装入されてその入口
部内面に対向するようになっている。

【００２４】円弧部１０の大半径側の端部は、円弧部１
０の半径方向に延びる直線部４０を介して、一方のＬ形
リード部３０の一端部と接続されている。円弧部１０の
小半径側の端部は、半開放鞍型部２０の一方の直線部２
２の端部に接続されている。半開放鞍型部２０の他方の
直線部２２の端部は、他方のＬ形リード部３０の一端部
に接続されている。Ｌ形リード部３０、３０の各他端部
は、絶縁材を介して重ね合わせた給電用の端子板５０、
５０に接合されると共に、通水用の口金６０、６０と接
続されている。

【００２５】円弧部１０および直線部４０は、被焼入面
ＷＡまでの距離が各部で一定となるように、被焼入面Ｗ
Ａの傾斜に応じて傾斜している（図３参照）。

【００２６】この端面又はフランジ面焼入コイルは、図
４に示すように、略扇形をした３つの冷却液噴射ジャケ
ット８０、８０、８０および例えばフェライト等からな
る多数の加熱促進用コア７０と組み合わされている。

【００２７】一方の冷却液噴射ジャケット８０は、円弧
部１０の中心を挟んでその反対側に配設されており、他
方の冷却液噴射ジャケット８０は、円弧部１０の小半径
部分の外側に配設されている。また、その他の冷却液噴
射ジャケット８０は、円弧部１０の小半径部分の上部に
配設されている。いずれの冷却液噴射ジャケット８０
も、円弧部１０と同じ平面上にあってワークＷの被焼入
面ＷＡに対向し、その対向面に多数の冷却液噴射孔を有
する。多数の加熱促進用コア７０は、円弧部１０および
直線部４０の両側面に沿って配設されている。

【００２８】焼入を行うときは、図３に示すように、ワ
ークＷの被焼入面ＷＡに円弧部１０を対向させ、軸孔Ｗ
Ｃの入口部内面に半開放鞍型部２０を対向させる。この
状態で、ワークＷを中心軸回りに回転させながら、端面
又はフランジ面焼入コイルに高周波電流を流す。これに
より、ワークＷの被焼入面ＷＡから軸孔ＷＣの入口部内
面にかけての部分が同時加熱される。

【００２９】このとき、円弧部１０は被焼入面ＷＡの外
周部から内周部にかけて対向し、かつ、小円弧部１１〜
１５は大半径側から小半径側へ向かうほど周長が短くな
っているので、被焼入面ＷＡを均一に加熱することがで
きる。その理由は次に説明する円弧部１０の設計方法の
ところで明らかにする。

【００３０】このように、被焼入面ＷＡが均一に加熱さ
れることにより、円弧部１０から被焼入面ＷＡまでの距
離は各部で一定でよく、その厳密な調整管理を必要とし
ない。また、半開放鞍型部２０は従来の技術の欄におい
て説明した焼入コイルのようなコイル状の副加熱導体と
異なり、軸孔ＷＣの入口部内面を被焼入面ＷＡとバラン
スよく加熱することができる。さらにまた、冷却液噴射
ジャケット８０、８０、８０や加熱促進用コア７０と組
み合わせてもなお加熱導体としての円弧部１０の周囲に
広い隙間が存在しているので、その隙間を通して加熱中
に被焼入面ＷＡの温度（焼け具合）を目視観察すること
かできる。

【００３１】加熱が終わると、端面又はフランジ面焼入
コイルを退避させることなく、その端面又はフランジ面
焼入コイルに組み合わされた冷却液噴射ジャケット８
０、８０、８０から冷却液を噴射する。冷却噴射ジャケ
ット８０、８０、８０は、円弧部１０や直線部４０或い
は加熱促進用コア７０を避けた位置に設けられているの
で、冷却液がワークＷの被焼入面ＷＡに直接噴射される
ことになる。かくして、冷却液を噴射するときの端面又
はフランジ面焼入コイルやワークＷの移動が不要にな
る。

【００３２】次に、図５を参照して円弧部１０の設計方
法について説明する。

【００３３】円弧部１０を構成する角管の幅をＨとし、
ワークＷの被焼入面ＷＡの外径をＤＡ、内径をＤＢとす
る。被焼入面ＷＡの半径方向に並べることができる角管
の数は、（ＤＡ−ＤＢ）／２Ｈで表される。この数が円
弧部１０の段数ｎ、すなわち小円弧部１１〜１５の数と
なる。そこで、被焼入面ＷＡを半径方向へｎ段に等分割
する。そうすると、被焼入面ＷＡの外周から内周へｎ本
のトラックＴ１〜Ｔ５が形成される。小円弧部１１〜１
５はトラックＴ１〜Ｔ５上にそれぞれ位置し、各トラッ
クの加熱を担当する。

【００３４】ここで、トラックＴ１〜Ｔ５の面積をＡ１
〜Ａ５とし、円弧部１０を中心から見込む角度をθとす
ると、トラックＴ１〜Ｔ５の面積Ａ１〜Ａ５に応じて円
弧部１０の角度θを比例配分したものが小円弧部１１〜
１５の各角度θ１〜θ５となる。つまり、トラックＴ１
〜Ｔ５の面積Ａ１〜Ａ５の各逆数と小円弧部１１〜１５
の各角度θ１〜θ５との積を全て同じとするのである。

【００３５】今、例えば、角管の幅Ｈを１０ｍｍ、ワー
クＷの被焼入面ＷＡの外径ＤＡを２００ｍｍ、内径ＤＢ
を１００ｍｍ、円弧部１０の角度θを１８０°として、
小円弧部１１〜１５の角度θ１〜θ５を計算して見る。

【００３６】円弧部１０の段数ｎ、すなわち小円弧部１
１〜１５の数は５となり、トラックＴ１〜Ｔ５の面積Ａ
１〜Ａ５はそれぞれ２９８３mm²、２６６９mm²、２３
５５mm²、２０４１mm²、１７２７mm²となる。被焼入
面ＷＡの全面積（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）に占めるこれら
の割合は、２５．３３％、２２．６７％、２０．００
％、１７．３３％、１４．６７％であるから、小円弧部
１１〜１５の角度θ１〜θ５は、４６°、４１°、３６
°、３１°、２６°となる。

【００３７】このように、小円弧部１１〜１５の角度θ
１〜θ５を、小円弧部１１〜１５が担当するトラックＴ
１〜Ｔ５の面積Ａ１〜Ａ５に比例したものにすることに
より、トラックＴ１〜Ｔ５の加熱が均一になり、その結
果、被焼入面ＷＡ全体が均一加熱される。

【００３８】円弧部１０の角度θは１８０°に限るもの
ではなく、３６０°以下の範囲で適宜選択することがで
きる。また、周辺部材に影響を及ぼさない範囲内であれ
ば３６０°を越えてもよい。

【００３９】なお、本実施例では円弧部１０を半径が段
階的に変化する複数の小円弧部１１〜１５により構成し
ているが、円弧部１０の半径を連続的に変化させること
もできる。その場合は、図５に２点鎖線で示すように、
小円弧部１１〜１５の各接続部の中点ａ、ｂ、ｃ、ｄを
通るような曲線で円弧部１０を形成すればよい。そうす
ることにより、円弧部１０を半径が段階的に変化する複
数の小円弧部１１〜１５により構成した場合と同様に、
被焼入面ＷＡ全体が均一加熱される。

【００４０】図６は本発明の他の実施例を示す端面又は
フランジ面焼入コイルの正面図、図７は同コイルの平面
図である。

【００４１】本実施例に係る端面又はフランジ面焼入コ
イルは、図６に示すように、被焼入面ＷＡの中心部に軸
体ＷＢが形成され、かつその被焼入面ＷＡが円錐状に傾
斜したワークＷの、被焼入面ＷＡから軸体ＷＢの付け根
部外面にかけての部分を同時加熱するのに使用されるも
のである。

【００４２】かかる端面又はフランジ面焼入コイルは、
ワークＷの被焼入面ＷＡを加熱する加熱導体として、そ
の被焼入面ＷＡに半周にわたって対向する円弧部１０を
具備し、軸体ＷＢの付け根部外面を加熱する副加熱導体
として、円弧部１０の中心位置に突設された半開放鞍型
部２０を具備する。

【００４３】半開放鞍型部２０は、円弧部１０を被焼入
面ＷＡに対向させたときに、軸体ＷＢの付け根部外面を
包囲するようになっている。他の構成は、前述した実施
例と実質的に同一であるので、同一部分に同一番号を付
して説明を省略する。

【００４４】前述した２つの実施例は、被焼入面ＷＡが
傾斜しその被焼入面ＷＡに軸体ＷＢや軸孔ＷＣが形成さ
れたワークＷを対象としたものであるが、本発明は図８
（Ａ）に示すような平坦な被焼入面ＷＡを持つワークＷ
の被焼入面ＷＡを加熱することも、また、図８（Ｂ）、
（Ｃ）に示すような平坦な被焼入面ＷＡの中央部に軸体
ＷＢや軸孔ＷＣが設けられたワークＷの被焼入面ＷＡと
軸体ＷＢや軸孔ＷＣの周面との同時加熱、さらには、図
８（Ｄ）に示すような被焼入面ＷＡが円錐状に傾斜した
ワークＷの被焼入面ＷＡの加熱にも適用することが可能
である。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明にかかる端
面又はフランジ面焼入コイルは、被焼入面である端面又
はフランジ面を加熱する加熱導体として被焼入面に部分
的に対向する円弧部を用いるので、加熱時に被焼入面を
目視観察でき、加熱温度（焼け具合）の判定が容易であ
る。加熱導体に冷却液噴射ジャケットを組み合わせるこ
とができるので、被焼入面に冷却液を吹き付ける際に、
コイル或いはワークを移動させる必要がない。加熱導体
に加熱促進用コアを付けることもできる。また、被焼入
面に部分的に対向する円弧部を用いるにもかかわらず、
その被焼入面を均一加熱できるので、被焼入面が傾斜し
ている場合にも加熱導体から被焼入面までのギャップの
調整管理が容易である。

【００４６】また、請求項２に記載の端面又はフランジ
面焼入コイルは、円弧部を半径が段階的に変化する複数
の小円弧部により構成し、各小円弧部が担当する被焼入
面上のトラック面積に応じて各小円弧部の角度を設定し
たので、被焼入面を特に均一に加熱できる。

【００４７】また、請求項３に記載の端面又はフランジ
面焼入コイルは、被焼入面の中央部に設けられた軸体の
付け根部外面を加熱するために、円弧部の中心位置に半
開放鞍型部を付設したので、被焼入面から軸体の付け根
部外面にかけての部分をバランスよく同時加熱できる。

【００４８】また、請求項４に記載の端面又はフランジ
面焼入コイルは、被焼入面の中央部に設けられた軸孔の
入口部内面を加熱するために、円弧部の中心位置に半開
放鞍型部を付設したので、被焼入面から軸孔の入口部内
面にかけての部分をバランスよく同時加熱できる。

【００４９】さらに、請求項５に記載の端面又はフラン
ジ面焼入コイルは、ワークの被焼入面の傾斜に応じて円
弧部を傾斜させたので、傾斜した被焼入面を均一加熱す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す端面又はフランジ面焼
入コイルの斜視図てある。

【図２】同コイルの底面図である。

【図３】同コイルの正面図である。

【図４】同コイルを付属部材と組み合わせた状態を示す
底面図である。

【図５】円弧部の設計方法を説明するための模式平面図
である。

【図６】本発明の他の実施例を示す端面又はフランジ面
焼入コイルの正面図である。

【図７】同コイルの平面図である。

【図８】従来の焼入コイルおよび焼入対象ワークを示す
模式図である。

【符号の説明】

１０円弧部１１〜１５小円弧部２０半開放鞍型部３０Ｌ形リード部４０直線部７０加熱促進用コア８０冷却液噴射ジャケットＷワークＷＡ（ワークの）被焼入面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの被焼入面である端面又はフラン
ジ面を焼入するためにその被焼入面を高周波誘導加熱す
るコイルであって、前記被焼入面に対向する加熱導体と
して、一端部が前記被焼入面の外周部に対向し、他端部
が前記被焼入面の内周部に対向するように、半径が一端
部から他端部へ向かうに連れて段階的または連続的に減
少すると共に、他端部に近づくほど半径の減少度が大と
なる円弧部を具備することを特徴とする端面又はフラン
ジ面焼入コイル。
【請求項２】被焼入面を半径方向に等長分割したとき
に被焼入面に形成される複数のトラックに対応して段階
的に半径が減少する複数の小円弧部により前記円弧部を
形成し、円弧部の中心から複数の小円弧部をそれぞれ見
込む角度を、小円弧部が対応するトラックの面積にほぼ
比例させたことを特徴とする請求項１に記載の端面又は
フランジ面焼入コイル。
【請求項３】ワークの被焼入面とその被焼入面中心部
に突設された軸体の付け根部外面とを同時に高周波誘導
加熱するため、前記円弧部の中心位置に、前記円弧部に
直列に接続され、かつ前記軸体の付け根部外面に対向す
るように中心軸方向に突出する半開放鞍形部を設けたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の端面又はフラ
ンジ面焼入コイル。
【請求項４】ワークの被焼入面とその被焼入面中心部
に開設された軸孔の入口部内面とを同時に高周波誘導加
熱するため、前記円弧部の中心位置に、前記円弧部に直
列に接続され、かつ前記軸孔の入口部内面に対向するよ
うに中心軸方向に突出する半開放鞍形部を設けたことを
特徴とする請求項１または２に記載の端面又はフランジ
面焼入コイル。
【請求項５】円錐状に傾斜した被焼入面を高周波誘導
加熱するため、前記被焼入面までの距離が各部でほぼ一
定となるように、前記円弧部を傾斜させたことを特徴と
する請求項１、２、３または４に記載の端面又はフラン
ジ面焼入コイル。