JPH11329703A - ワークの孔誘導加熱方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】孔部分のみを効率的に誘導加熱し得ると共に、
加熱コイル自体を小型して取扱性を向上させかつ電磁障
害を防止し得るワークの孔誘導加熱方法及びその装置を
提供する。 【解決手段】孔を有するワークの孔部分を誘導加熱する
孔誘導加熱方法であって、ワークを回転盤にセットする
工程と、前記ワークの孔の内径より小さい外径の導電性
の棒状の加熱コイルを孔に嵌挿すると共に加熱コイルの
一方の端部を電極盤に機械的及び電気的に接続する工程
と、前記加熱コイルの他方の端部及び電極盤に接続ケー
ブルを介してトランジスタインバータから高周波電流を
供給し孔部分を誘導加熱する工程と、前記加熱コイルに
よる孔部分の誘導加熱時に前記回転盤を回転させる工程
と、を具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種ワークの孔に例え
ば軸等を焼きバメする際に使用されるワークの孔誘導加
熱方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば各種モータのロータ等のよ
うな円筒状のワークは、その中心に軸孔が形成されてこ
の軸孔に軸が焼きバメ固着されているが、この焼きバメ
時のワークの軸孔部分の加熱方法として誘導加熱が採用
されている。この誘導加熱は、ワークの外周面側に所定
の間隙を有して加熱コイルを配置し、この加熱コイルに
誘導加熱装置によって数ＫＨｚ程度の高周波電流を供給
し、加熱コイルから発する磁束によってワークに渦電流
を誘起させ、ワークの外周面側から軸孔部分方向に誘導
加熱する。そして、この誘導加熱された軸孔に軸を嵌挿
し、急速冷却することによって軸をワークの軸孔に焼き
バメしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このワ
ークの軸孔の誘導加熱方法にあっては、ワークの外周面
に加熱コイルを配置して、外周面側から徐々に軸孔部分
まで誘導加熱する、すなわちワーク全体を誘導加熱して
軸孔部分を誘導加熱する方法であるため、焼きバメに必
要な軸孔部分のみを効率的に誘導加熱することができな
いという問題点があった。

【０００４】また、加熱コイルがワークの外周面側に配
置されるため、ワークの外径が大きい場合に加熱コイル
自体も大型化し、その取扱性が劣ると共に、大型の加熱
コイルから発生する磁束により、周囲環境への電磁障害
が発生し易いという問題点もあった。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、請求項１記載の発明の目的は、孔部分のみを
効率的に誘導加熱し得ると共に、加熱コイル自体を小型
して取扱性を向上させかつ電磁障害を防止し得るワーク
の孔誘導加熱方法を提供することにある。また、請求項
２記載の発明は、孔部分のみを効率的に誘導加熱し得る
と共に、加熱コイル自体を小型して取扱性を向上させか
つ電磁障害を防止し得るワークの孔誘導加熱装置を提供
することにある。また、請求項３記載の発明の目的は、
請求項２記載の発明の目的に加え、加熱コイルの通電時
の発熱を抑えて加熱効率等を向上させ得るワークの孔誘
導加熱装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、請求項１記載の発明は、孔を有するワークの孔部分
を誘導加熱する孔誘導加熱方法であって、ワークを回転
盤にセットする工程と、前記ワークの孔の内径より小さ
い外径の導電性の棒状の加熱コイルを孔に嵌挿すると共
に加熱コイルの一方の端部を電極盤に機械的及び電気的
に接続する工程と、前記加熱コイルの他方の端部及び電
極盤に接続ケーブルを介してトランジスタインバータか
ら高周波電流を供給し孔部分を誘導加熱する工程と、前
記加熱コイルによる孔部分の誘導加熱時に前記回転盤を
回転させる工程と、を具備することを特徴とする。

【０００７】このように構成することにより、回転盤に
セットされたワークの孔に例えば円柱形状の銅棒からな
る加熱コイルを嵌挿し、この加熱コイルの両端にトラン
ジスタインバータを作動させて高周波電流を供給する
と、加熱コイルから発する磁束により、ワークの孔部分
に渦電流が誘起されて誘導加熱される。この時、孔の内
部に加熱コイルが配置されているため、ワークの外周面
側まで誘導加熱させることなく、例えば軸の焼きバメに
必要な孔部分のみが効率的に誘導加熱される。また、加
熱コイルは銅の棒材によって形成され、加熱コイル自体
の剛性が高められると共に小型化されて、その取り扱い
が容易になり、かつ加熱コイルから発する磁束がワーク
によって遮断されるため、外部に洩れることがなくなっ
て、電磁障害の発生が抑えられる。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、孔を有する
ワークの孔部分を誘導加熱する孔誘導加熱装置であっ
て、前記ワークの孔の内径より小さい外径を有する導電
性の棒状の加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を
供給するトランジスタインバータと、前記加熱コイルを
回転盤にセットしたワークの孔に挿脱すると共に、加熱
コイルを孔に嵌挿した際にその先端側を電極盤に機械的
及び電気的に接続させ得る加熱コイル移動手段と、前記
加熱コイル移動手段を作動させて加熱コイルをワークの
孔に嵌挿した状態で回転盤を回転させつつトランジスタ
インバータを作動させて孔部分を誘導加熱させ得る制御
手段と、を具備することを特徴とする。

【０００９】このように構成することにより、回転盤に
セットされたワークの孔に加熱コイル移動手段の作動に
より棒状の加熱コイルを嵌挿し、この加熱コイルにトラ
ンジスタインバータを作動させて高周波電流を供給する
と、加熱コイルから発する磁束により、ワークの孔部分
に渦電流が誘起されて誘導加熱される。この時、孔の内
部に加熱コイルが配置されているため、ワークの外周面
側まで誘導加熱させることがなく、例えば軸の焼きバメ
に必要な孔部分のみが効率的に誘導加熱される。また、
加熱コイルは孔の内径より小さい外径の棒状を呈するた
め、加熱コイル自体の剛性が高められると共に小型化さ
れて、その取り扱いが容易になり、かつ加熱コイルから
発する磁束がワークによって遮断されるため、外部に洩
れることがなくなって、電磁障害の発生が抑えられる。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、前記加熱コ
イルが、棒状の銅材で形成されその軸方向に冷却水用の
孔が形成されていることを特徴とする。このように構成
することにより、加熱コイルへの通電的に、棒状の加熱
コイルの例えば軸芯位置に設けた孔に冷却水を循環供給
することができて、通電時の加熱コイルの発熱が抑えら
れ、加熱発熱による加熱効率の低下が防止されると共
に、加熱コイル自体の軽量化が図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は、本発明に
係わるワークの孔誘導加熱装置の一実施例を示し、図１
がその概略構成図、図２が図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【００１２】図１において、孔誘導加熱装置１は、円筒
状のワーク２の円形の軸孔３内に嵌挿され得る加熱コイ
ル４と、この加熱コイル４の一端側４ａに接続された可
撓性ケーブル５と、加熱コイル４の他端側４ｂが機械的
及び電気的に接続される電極盤６と、この電極盤６に接
続された可撓性ケーブル７と、この可撓性ケーブル７及
び前記可撓性ケーブル５が接続されるトランジスタイン
バータ８と、加熱コイル４に冷却水を循環供給する冷却
水供給装置９と、加熱コイル４を上昇及び下降させてワ
ーク２の軸孔３に挿抜する加熱コイル移動手段としての
シリンダ１０と、ワーク２がセットされモータ１１の回
転によって回転する回転盤１２と、トランジスタインバ
ータ８、冷却水供給装置９、シリンダ１０及びモータ１
１の作動を制御する制御装置１３等を有している。

【００１３】ワーク２は、回転盤１０上に配置した絶縁
板１４上の位置決め突起１５内にその外周面を嵌合させ
ることにより、回転盤１２上（絶縁板１４上）の所定位
置に位置決めされてセットされており、モータ１１の回
転によって回転盤１２と一体となって所定の回転数で回
転する。

【００１４】前記加熱コイル４は、図２に示すように、
前記ワーク２の軸孔３の内径ｄ１より所定寸法小さい外
径ｄ２を有する円柱形状の銅棒１６で形成され、この銅
棒１６の軸芯位置には、所定内径の冷却孔１６ａが略軸
方向に貫通して設けられている。この冷却孔１６ａの一
端側（加熱コイル４の一端側４ａ）は、図１に示すよう
に９０度屈曲して銅棒１６の側面に開口し、この開口部
分にはビニールホース１７が接続されたジョイント１８
が固定されると共に、銅棒１６の開口部には銅の網線等
からなる電線１９の一端が半田付けやロウ付け等によっ
て接続されている。このビニールホース１７及び電線１
９によって可撓性の前記接続ケーブル５が形成され、こ
の可撓性ケーブル５の電線１９の他端がトランジスタイ
ンバータ８の一方の出力端子に電気的に接続されると共
に、ビニールホース１７の他端が冷却水供給装置９の供
給口に機械的に接続されている。

【００１５】また、冷却孔１６ａの他端側（加熱コイル
４の他端側４ｂ）は銅棒１６の下方に開口し、この開口
部は絶縁板１４の下面に固定された前記電極盤６に連結
され得る如く構成されている。すなわち、電極盤６は銅
板で形成され、その上面の中心位置に加熱コイル４の銅
棒１６の外径ｄ２と略同一の内径を有する凹部６ａが形
成されると共に、この凹部６ａの中心位置には、電極盤
６の下面側に貫通し、銅棒１６の前記冷却孔１６ａと同
一の内径を有する孔６ｂが穿設されている。そして、こ
の孔６ｂの凹部６ａ側の開口端部にはＯリング２０が配
置されている。

【００１６】さらに、電極盤６の孔６ｂの下面側の開口
部には、前記接続ケーブル５と同様に、ビニールホース
１７が接続されたジョイント１８が固定されると共に、
電線１９の一端が接続され、この電線１９とビニールホ
ース１７によって前記接続ケーブル７が形成されてい
る。そして、この接続ケーブル７の電線１９の他端はト
ランジスタインバータ８の他方の出力端子に接続され、
ビニールホース１７の他端は冷却水供給装置９の戻り口
に接続されている。

【００１７】なお、接続ケーブル５、７自体の構成及び
加熱コイル４への接続構造は、以上の例に限定されるも
のでもなく、例えば接続ケーブル５、７を可撓性のホー
スとこのホース内に電線１９を嵌挿させて形成すること
もできるし、銅棒１６の一端側の開口を上方に向けて開
口することも勿論可能である。

【００１８】前記トランジスタインバータ８は、ＩＧＢ
Ｔ、パワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を
オン、オフさせることによって、例えば周波数が８０Ｋ
ＨＺ程度で出力が４０Ｋｗ程度の高周波の大電流を発生
させる図示しないインバータ回路を有し、その出力端子
に接続ケーブル５及び接続ケーブル７と電極板６を介し
て加熱コイル４が接続されている。また、前記冷却水供
給装置９は、図示しない冷却器、冷却水タンク及び冷却
水循環用のポンプ等を有し、前記ビニールホース１７等
の配管を介して加熱コイル４の冷却孔１６ａに冷却水を
循環供給する。この冷却水供給装置９は、トランジスタ
インバータ８と別体で設けることもできるし、一つの筐
体内に一体的に設けることもできる。

【００１９】また、前記シリンダ１０は、そのシャフト
１０ａの先端が、加熱コイル４の同棒１６の一端側に機
械的に連結され、シリンダ１０の作動によりシャフト１
０ａが上下方向に進退することにより、銅棒１６が下降
もしくは上昇する。この銅棒１６は、下降によりワーク
２の軸孔３に所定距離嵌挿すると、その他端側が電極盤
６の凹部６ａに嵌合して、その端面が凹部６ａの底面に
密着する。これにより、加熱コイル４の銅棒１６と電極
盤６が電気的に接続されると共に、銅棒１６の孔１６ａ
の開口端がＯリング２０を介して電極盤６の孔６ｂに気
密に連結され、冷却水の流路が形成される。なお、銅棒
１６に接続されている接続ケーブル５は、銅棒１６の上
下動に追従して変形移動することになる。

【００２０】前記制御装置１３は、例えば図示しないシ
ーケンサを有し、トランジスタインバータ８、冷却水供
給装置９、シリンダ１０及びモータ１１等をシーケンス
制御する。

【００２１】次に、上記孔誘導加熱装置１の動作の一例
について説明する。先ず、回転盤１２上にワーク２をセ
ットし、制御装置１３の制御信号によりシリンダ１０を
作動させて、上昇位置にあるシャフト１０ａを下降させ
る。シリンダ１０のシャフト１０ａが下降すると、これ
と一体となって加熱コイル４の銅棒１６が下降して、ワ
ーク２の軸孔３内に挿入され、銅棒１６の他端側が電極
盤６の凹部６ａに前述した如く電気的及び機械的に接続
される。

【００２２】この状態で銅棒１６の位置を維持し、制御
装置１３の制御信号により、モータ１１を駆動させて回
転盤１２を回転させてワーク２を回転させると共に、ト
ランジスタインバータ８を作動させて接続ケーブル５、
７を介して銅棒１６に高周波電流を供給する。また、ト
ランジスタインバータ８の作動と略同時に、冷却水供給
装置９を作動させて、接続ケーブル５、７を介して銅棒
１６の冷却孔１６ａ内に冷却水を循環供給する。

【００２３】加熱コイル４に、例えば周波数が８０ＫＨ
ｚで出力４０Ｋｗの高周波電流が供給されると、銅棒１
６から発する磁束によりワーク２の軸孔３部分に渦電流
が誘起されて、軸孔３部分が誘導加熱される。この加熱
時に、銅棒１６自体も発熱するが、この発熱は中心に設
けた冷却孔１６ａを循環する冷却水によって所定の温度
に抑えられる。また、加熱時にワーク２が回転している
ため、軸孔３の全周が均一に誘導加熱されることにな
る。

【００２４】そして、ワーク２を所定時間誘導加熱した
ら、制御装置１３の制御信号によりトランジスタインバ
ータ８の作動を停止すると共に、冷却水供給装置９の作
動を停止させ、その後、モータ１１の回転を停止させる
と共に、シリンダ１０を作動させてそのシャフト１０ａ
を後退（上昇）させる。これにより銅棒１６が上昇し、
この銅棒１６の他端側がワーク２の軸孔３から完全に抜
けたら、加熱状態のワーク２を別の位置に移動させて図
示しない軸を軸孔３に嵌入し、その後急速冷却すること
によって、軸がワーク２の軸孔３に焼きバメ固着され
る。

【００２５】このように、上記実施例の孔誘導加熱装置
１においては、加熱コイル４の銅棒１６をワーク２の軸
孔３内に嵌挿し、ワーク２を回転させつつ銅棒１６に高
周波電流を供給して軸孔３部分を誘導加熱するため、軸
孔３の内側から誘導加熱することができ、ワーク２の外
周面部分の誘導加熱を抑えた状態で、軸孔３部分を効率
的に誘導加熱することができる。その結果、従来のよう
に加熱コイル４をワーク２の外周面に配置して、ワーク
２全体を誘導加熱する必要もなくなり、例えばトランジ
スタインバータ８の出力を低減（実験によると約２０
％）させることができる。

【００２６】また、加熱コイル４が所定外径ｄ２の銅棒
１６で形成されているため、外径が大きな大型のワーク
２の場合であっても、その軸孔３に対応した外径ｄ２の
銅棒１６を使用することができて、加熱コイル４自体の
外径を小径に形成することができると共に加熱コイル４
自体を従来の螺旋形状の加熱コイルに比較して、その剛
性を大幅に高めることができる。さらに、銅棒１６の中
心に冷却孔１６ａを軸方向に形成しているため、銅棒１
６自体の重量を軽くすることができて、その上下動機構
の構成が簡略化される等、加熱コイル４の取扱性を向上
させることができる。

【００２７】また、加熱コイル４がワーク２の軸孔３内
に配置されるため、加熱コイル４から発っせられる磁束
がワーク２によって遮断され、外部への漏れがほとんど
なくなり、電磁障害を抑えることができて、作業現場に
シールド機能を持たせる必要もなくなる。またさらに、
加熱コイル４の銅棒１６に冷却孔１６ａが形成されてい
るため、この冷却孔１ａに冷却水を循環させることがで
き、通電時の銅棒１６の発熱を効果的に抑えることがで
きて、加熱コイル４の発熱による加熱効率の低下を防ぐ
ことができる。

【００２８】なお、上記実施例においては、加熱コイル
４の銅棒１６の軸芯位置に１つの冷却孔１６ａを形成し
たが、例えば図３に示すように、冷却孔１６ａを軸方向
に複数設けることもできる。この場合は、銅棒１６の冷
却効率が一層向上すると共に、銅棒１６自体のより軽量
化を図ることができ、特にワーク２の軸孔３の内径ｄ１
が比較的大きい場合に効果的である。また、棒状の加熱
コイル１６の材質としては、銅棒１６に限定されるもの
でもなく、導電性を有する棒状の適宜材質を使用するこ
とができるし、銅棒１６の外周面は平面に限らず、凹部
や溝を設けて磁束の発生を制御するようにしても良い。

【００２９】また、上記実施例においては、ワーク２の
軸孔３に軸を焼きバメする場合を例にして説明したが、
本発明はこれに限定されるものでもなく、孔を有するワ
ーク２の各種加熱に適用することができるし、ワークと
して円筒状のワーク２の円形の軸孔３に限らず、各種形
状のワーク及び孔にも適用できる。さらに、上記実施例
における加熱コイル４の上下動機構、ワーク２の回転盤
１０に対する位置決め及びその回転機構等も一例であっ
て、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更
可能であることはいうまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１または２
記載の発明によれば、ワークの孔の内側に棒状の加熱コ
イルが配置されるため、ワークの外周面側まで誘導加熱
することなく、例えば軸の焼きバメに必要な孔部分のみ
を効率的に誘導加熱することができると共に、加熱コイ
ルは孔の内径より小さい外径の棒状を呈するため、加熱
コイル自体の剛性が高められると共に小型化され、その
取り扱いが容易になり、かつ加熱コイルから発する磁束
がワークによって遮断されるため、外部に洩れることが
なくなって、電磁障害の発生を防止することができる。

【００３１】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項２記載の発明の効果に加え、加熱コイルへの通電的
に、棒状の加熱コイルの例えば軸芯位置に設けた孔に冷
却水を循環供給することができて、通電時の加熱コイル
の発熱が抑えられ、加熱発熱による加熱効率の低下が防
止されると共に、加熱コイル自体の軽量化が図ることが
できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるワークの孔誘導加熱装置の一実
施例を示す概略構成図

【図２】同図１のＡ−Ａ線断面図

【図３】同加熱コイルの他の実施例を示す断面図

【符号の説明】

１ 孔誘導加熱装置 ２ ワーク ３ 軸孔 ４ 加熱コイル ５、７ 接続ケーブル ６ 電極盤 ６ａ 凹部 ６ｂ 孔 ８ トランジスタインバータ ９ 冷却水供給装置 １０ シリンダ １１ モータ １２ 回転盤 １３ 制御装置 １６ 銅棒 １６ａ 冷却孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】孔を有するワークの孔部分を誘導加熱する
   孔誘導加熱方法であって、ワークを回転盤にセットする
   工程と、前記ワークの孔の内径より小さい外径の導電性
   の棒状の加熱コイルを孔に嵌挿すると共に加熱コイルの
   一方の端部を電極盤に機械的及び電気的に接続する工程
   と、前記加熱コイルの他方の端部及び電極盤に接続ケー
   ブルを介してトランジスタインバータから高周波電流を
   供給し孔部分を誘導加熱する工程と、前記加熱コイルに
   よる孔部分の誘導加熱時に前記回転盤を回転させる工程
   と、を具備することを特徴とするワークの孔誘導加熱方
   法。
2. 【請求項２】孔を有するワークの孔部分を誘導加熱する
   孔誘導加熱装置であって、前記ワークの孔の内径より小
   さい外径を有する導電性の棒状の加熱コイルと、該加熱
   コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータ
   と、前記加熱コイルを回転盤にセットしたワークの孔に
   挿脱すると共に、加熱コイルを孔に嵌挿した際にその先
   端側を電極盤に機械的及び電気的に接続させ得る加熱コ
   イル移動手段と、前記加熱コイル移動手段を作動させて
   加熱コイルをワークの孔に嵌挿した状態で回転盤を回転
   させつつトランジスタインバータを作動させて孔部分を
   誘導加熱させ得る制御手段と、を具備することを特徴と
   するワークの孔誘導加熱装置。
3. 【請求項３】前記加熱コイルは、棒状の銅材で形成され
   その軸方向に冷却水用の孔が形成さされていることを特
   徴とする請求項２記載のワークの孔誘導加熱装置。