JPS60225392A - 誘導加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は筒体または軸体を、被加熱材とし、これをソケ
ットセンターで支持回転させ、導体が被加熱材の軸方向
にそって延在する型の加熱コイルで誘導加熱する場合の
加熱方法に関する。

筒体の側周面を誘導加熱で焼入れまたは焼戻しをする場
合には、先端を円錐形とした通常のセンター軸を挿入す
べきセンター穴が端面にないので、第１図に示すような
被加熱材Ｗの端面外周径よシやや大なる内径で所定深さ
の例シ穴１１が形成されているソケットセンター１ａお
よび１ｂを使用する。当該ソケットセンターＩａ、１ｂ
それぞれは所定間隔をへだてて＠シ穴１１を対向させて
配置されておシ、通常一方例えば１ａは位置不動ではお
るが回転駆動可能に、また他方例えば１ｂは矢印ａ　−
ｂ方向へ変位可能かつ自由回転可能である。被加熱材Ｗ
は例えば矢印Ｃに従って搬入され、図示下方のソケラト
センター１８の刑り穴１１内にその下方端部を挿入する
如く載置され、ついで図示上方のソケットセンター１ｂ
が矢印す方向へ変位して例シ穴１１にその上方端部を挿
入されることによって、加熱定位置への位置決め支持さ
れる。

また、被加熱材が軸体であって端面にセンター穴がない
場合も上記筒体を被加熱材とする場合同様にソケットセ
ンター１を用いて位置決め支持される。

さらには、筒体・軸体いずれに限らず、被加熱材の端面
から所定寸法にわたって焼入れや焼戻し等のための加熱
を避けたい場合にもソケットセンター１が使用される。

この場合にはソケットセンター１の材質として通常用い
られる鋼材やステンレス材に替えて鋼材等を用いるとと
もに端部の非加熱部寸法に応じた深さの例り穴を形成し
たソケットセンター１とする。

ところで、筒体や軸体の表面を加熱する場合、加熱条件
や加熱電源あるいは被加熱材の形状寸法等に応じて、被
加熱材を周方向で半巻回または多巻回する導体からなる
加熱コイルが使用されたり、被加熱材の軸線にそって表
面から所定間隙をへだてて延在する導体からなる加熱コ
イル、即ち第２図（ａ）　ｌ　（ｂ）および（ｃ）等の
形状を呈するものが使用されることもある。

第２図（、）に示す加熱コイルＣは被加熱材Ｗのほぼ全
長にわたって平行して延在する導体ｃ　ｓ。

ｅｌの端部を弧状の導体ｃｌ、ｃｌで連結してなり、ソ
ケットセンター１ａ、１ｂで支持されて回転せしめられ
ている被加熱材Ｗを１シヨツト加熱する端面型のタイプ
、第２図（ｂ）に示す加熱コイルＣは被加熱材Ｗの軸線
にそって所定長さ延在する導体ｅ１１．（！ＩＩを弧状
の導体ｃ２゜ｃ２で連結してなり、ソケットセンター１
で支持されて回転せしめられている長尺の被加熱材Ｗを
その一方端方向から他方端方向へかけて順次相対移動加
熱する端面型のタイプ、第２図（Ｃ）に示す加熱コイル
Ｃは被加熱材Ｗの軸対称で軸線にそって所定長さ延在す
る導体ｅ８．ｅｌｌを互いに反対端から楕円の長軸方向
半裁弧を画く導体ｃ３．ｅ３で連結してなり、図示しな
いソケットセンターで支持されて回転せしめられている
長尺の被加熱材Ｗをその一方端方向から他方端方向へか
けて順次相対移動加熱する特゛殊な１巻回型のタイプで
ある。

而して、被加熱材をセンター穴を介して支持回転させ、
当該被加熱材を周方向で半巻回または多巻回する導体か
らなる加熱コイルもしくけ上記被加熱材の軸線にそって
導体が延在する加熱コイルを用いて誘導加熱する場合に
は何等の支障もないが、被加熱材をソケットセンターで
支持回転させ、被加熱材の軸線にそって導体が延在する
加熱コイルを用いて誘導加熱する場合には、被加熱材と
ソケットセンターとの間にスＡ’−り現象が必ずと云っ
ても過言でないくらい発生する。ス・や−り現象は被加
熱材の表面に変色小点を生ぜし、めるばかりか、時には
搬痕となり、製品を飾物として廃却せねばならないこと
も多い。

スノク−り疵は被加熱材Ｗが大径になるにつれて多数点
発生する傾向があり、Ｍ　２　Ｎ　（ａ）に示すタイプ
の加熱コイルＣでは、被加熱材Ｗの端面に発生すること
が多いＣまた第２図（ｂ）および（ｃ）に示す被加熱材
Ｗとの相対移動タイプの加熱コイルＣでは、スノ！−り
疵は被加熱端面のみならず、端面近傍外周面にも多発し
、特に問題とされている。

他方、上記問題に並行して、第２図ｒｂ）および（ｃ）
に示す被加熱材Ｗとの相対移動タイプの加熱コイルｃｌ
用い、かつソケットセンター１に被加熱材の支持回転と
磁気遮蔽と全兼務させる場合には、磁気遮蔽効果が微弱
となシ、実状として被加熱材Ｗの磁気遮蔽されている加
分が、被加熱面の温度よりやや低いとは云え相当高い温
度まで昇温する現象も生じ、これがために焼入れや焼戻
しに種々悪影響を及ぼしている。

本発明は、この種の誘導加熱に存する上述の諸問題点を
一挙に解消するためになされたもので、被加熱材にスパ
ーク疵の発生を皆無とし、かつ磁気遮蔽をする場合の効
果をも完全となしうる誘導加熱方法を提供するものであ
る。

本発明の要旨は、 （１）筒体または軸体からなる被加熱材を、その端面外
周径よりやや大なる内径・所定深さの刺り穴が形成され
ているソケットセンターの上記刑シ穴に両端面を挿入し
て位置決め支持するとともに軸回転せしめつつ、当該被
加熱材の軸線にそって表面から所定間隙をへだてて延在
する導体を有する加熱コイルで誘導加熱する場合におい
て、 （２）被加熱材とソケットセンターとを電気的に絶縁状
態となすことＫよって、 （３）導体から発生する磁束によシ被加熱材内に誘起さ
れる軸方向誘導電流がソケットセンターへ流れるのを阻
止するようにした ことを特徴とする誘導加熱方法にある。

本発明を、本発明者が発明完成に至るまでに行った問題
点発生の要因究明とこれが実証とを織シ混ぜつつ以下に
詳述する。

本発明者Ｈ上述の問題点発生は全て導体から発生する磁
束の向きに起因するものと想到し、これによシネ具合発
生現象の遂−解明が可能であると思了した。

即ち、被加熱材を半巻回または多巻回する導体からなる
通常の加熱コイルを用いる場合には、第３図に模式的に
示す如く、ある瞬間に当該加熱コイルＣ′の導体ｅｒを
図示方向の電流Ｉが流れるとすると、当該電流■により
矢印に従う向きの磁束Φｒが発生し、当該磁束Φｒによ
って被加熱材Ｗ内には矢印の向き−即ち周方向に循還す
る誘導電流Ｉｒが誘起され、これがため被加熱材Ｗは発
熱する。従って、例えば第３図に示すように、加熱コイ
ルＣ′をソケットセンター１に半ば対向させた状態で被
加熱材Ｗを加熱したとしても、ソケットセンター１０例
シ穴１１の内周壁と被加熱材Ｗの外周との間にスリット
２があるので（被加熱材Ｗの挿入を容易とするため）、
ソケットセンター１にも誘起される誘導電流Ｉｒが被加
熱材Ｗに誘導電流Ｉｒとは反方向の二次誘導電流！ｒを
誘起せしめんとするように作用するので磁束遮蔽効果が
生ずる。

一方、導体が被加熱材の軸線にそって延在する加熱コイ
ルＣを用いる場合には、第４図（、）および（ｂ）に模
式的に示す如く、ある瞬間に当該加熱コイルＣの軸線に
そう導体ｃｓｅ矢印で図示する電流■が流れるとす為と
、当該電流工により矢印に従う向きの磁束ΦＳが発生し
、当該磁束Φ８によって被加熱材Ｗ内には矢印の向き−
即ち軸方向に向う誘導電流Ｉｓが誘起され、これがため
被加熱材Ｗは発熱する。しかし乍ら、軸方向に向う誘導
電流Ｉｓは何らかの経路を経て還流せねばならず、第４
図（ｂ）に断面で示す如く、被加熱材Ｗ内からその端面
に接するソケットセンター１へ漏電する。被加熱材Ｗの
端面とソケットセンター１とは通常完全な面接触を維持
し難く、当該漏電電流は粗面の接触抵抗からス／ｆＰ−
り現象を惹起することとなる。このことは被加熱材Ｗが
大径となればなる程、完全な面接触がより困難となる故
、ス・母−り多発となる。

また、導体ｃｓを有する加熱コイルＣでセンター穴にセ
ンター軸を挿入した被加熱材Ｗを加熱する際にけス・母
−り発生をみないことも、接触面積および体積が極めて
小であるがためと首領しうる。

従って、たとえば磁気遮蔽を兼ねたソケットセンター１
の場合には、誘導電流Ｉｓは鋼材等の良導電材であるソ
ケットセンター１へ高率的に漏電せんとするがため、被
加熱材Ｗの磁気遮蔽されている部分へも流れて発熱させ
ることとなる。それ故、接触面が大、従って体積が大に
なればなるほどソケットセンターへはよシ大量に漏電シ
２、磁気遮蔽されているはずの部分がよシ高温となる。

例えば、第５図に示す第１笑験例は、ソケットセンター
に誘導ｉ４流■３が誘起して周回するのを阻止し、磁気
遮蔽効果をあげる目的で行ったものであるが、絶縁材３
を間に挟んで半割りの銅、材からなるソケットセンター
１′を用いて被加熱材Ｗを加熱したところ、当該ソケッ
トセンター１′も加熱されるばがシか、被加熱材Ｗの■
で示す部分が被加熱表面の昇温温度に近似する昇温をみ
、当該０部分がソケットセンター１′に漏電した誘導電
流■３の集中還流路となったことが判明した。

このように、ソケットセンター１が昇温°し、また被加
熱材Ｗも昇温するので、それぞれの膨張によってソケッ
トセンター１の！ＩＪ　！０穴１１の内周壁と被加熱材
Ｗの外周との間のスリット２は加熱時に殆んどなくなる
場合が多い。特に被加熱材が大径の場合にはソケットセ
ンター１で被加熱材Ｗを支持した後、所定温度を得るま
で複数回の予熱を施す必要があるので膨張は犬となる。

斯様な状態となると、スノ母−りは被加熱材Ｗの端面と
制り穴１１の底面間のみならず、被加熱材Ｗの周面と制
シ穴１１の内周壁間にも発生することとなる。そこで、
スリット２に銅粉を塗布した状態で加熱を試みた被加熱
材Ｗ周面のスノＪ？−り疵発生防止を目的とする第２実
験例では、目的は達成したが、よシ漏電量が大となって
ソケットセンター１は勿論のこと被加熱材の磁気遮蔽部
分の昇温かさらに高まることが実証された。

以上の問題点発生要因の究明と実験にもとすく実証から
、前記本発明の要旨とする被加熱材Ｗとソケットセンタ
ー１とを電気的に絶縁状態とする技術思想を確立したも
のであって、かくすることによって、第６図に示すよう
に、被加熱材Ｗの軸線にそって延在する導体ｃ３に対向
する表層側で密に流れる軸方向誘導電流Ｉｓは例えば絶
縁材４の介在のため被加熱材Ｗの端面および端面近傍外
周からソケットセンター１へ向かうことができないので
、磁束ΦＢの影響を受けなくなる位置に至ると被加熱材
Ｗの体内へ矢印のように拡散のうえ、誘導電流Ｉ８誘起
開始部へと還流する。ソケットセンター１が磁気遮蔽を
する場合には、当該ソケットセンター１に導体ｅ８が対
向する状態であるがため、当該ソケットセンター１内に
も誘導電流！Ｓの誘起を免がれないが、これにより被加
熱材Ｗの磁気遮蔽部分には誘導電流ＩＩとは逆方向の二
次誘導電流Ｉｓが誘起せんとするので当該部分の磁気遮
蔽が完うされ発熱しない。

本発明者は、本発明の効果を確認するための確認実験を
行った。

◎本発明確認実験例 （１）供試体Ｔ　材質：　ＳＣＭｎＣｒ３相当材素材硬
さＨ１３８〜４０ 寸法；外径・・・３００ｍ 内径・・・２００簡 長さ・・・１，３５０■ 形状；第７図に示される如く、波形が 外周面に形成されている。

波高・・・２０ｍ＋ 波長・・・７６ｍ （２）処理条件；供試体Ｔの両端平行部’ｒｐを除く波
形部Ｔｗの波頂および波底にわたる波形全体を焼入れす
る。

（３）使用設備；電源−３ＫＨｚ、６００ＫＷソケット
センタート・・鋼材製 但し、＠夛穴の底面にマイカ シー）４１　（１ｍｍ厚４枚）を 敷き、スリット２に美形のアス ベスト４２を四方から挿入して 供試体Ｔとソケットセンター１ とを絶縁状態とする。尚５は回 転置である。

加熱コイルＣ・・・第２図（、）に示す相対移動タイプ
。

冷却ジャケットＪ・・・加熱コイルＣに追随移動する環
状型。

（４）焼入れ方法；供試体Ｔの大径であること、使用電
源および処理条件から、回転中の供試体Ｔにそれぞれ所
定速度での移動加熱による予熱（電源出力６ｏ％）を施
したのち、本加熱（電源出力９ｏチ）し、追随する冷却
ジャケラ）Ｊにょシ急冷焼入れする。加熱開始時の加熱
コイルＣと供試体Ｔおよびソケットセンター１との位置
関係は第７図に示すとおシであシ、加熱終了時も同様に
加熱コイルＣがソケットセンター１に対向する位置関係
となる。

（５）実験結果 ａ。見視観察・・・予熱・本加熱いずれの加熱中も供試
体Ｔとソケットセンター１との 間にスノや−り現象は生ぜず、焼入れ後の供試体Ｔの端
面および端面近傍外周 にスパーク疵は全くみられなかった。

ｂ。硬さ測定・・・焼入れ済供試体Ｔ（焼戻しせず）の
表面所定位置における硬さＨｓ を測定した。測定結果は第８図に示す とおりであって、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ加熱終
了側の供試体Ｔの周面および 端面の、また（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ加熱開始側
の供試体Ｔの局面および端面 の測定位置と硬さＨ８とを示す。

上記本発明確認実験例の結果が示すように、本発明誘導
加熱方法は被加熱材とソケットセンターとの間に一切ス
／４’−り現象を生ぜず、従って被加熱材にスシャーク
疵の発生を皆無とするとともに、ソケットセンターが磁
気遮蔽を兼ねさせる場合には極めて効果的に目的を達し
、例えば焼入れに際しては非焼入れ部を形成し得ること
となり、製品の品質を保証しうるなど顕著な作用効果を
もたらすことが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるソケットセンターを説明す
るための斜視図、第２図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は
それぞれ本発明が適用される加熱コイル例を示す斜視図
、第３図は本発明適用外の加熱コイルの作用を比較説明
するための１部所面斜視図、第４図（ａ）および（ｂ）
はそれぞれ本発明適用前の加熱コイルの作用を説明する
ための斜視図および断面図、第５図は本発明完成に至る
過程で行われた第１実験例を示す断面正面図、第６図は
本発明誘導加熱方法の作用を説明するための断面正面図
、第７図は本発明確認実験例を示す１部所面正面図、第
８図（ａ）　９　（ｂ）　ｌ　（ｅ）および（ｄ）はそ
れぞれ本発明確認実験例で得た供試体の硬さ測定結果を
示す部分図である。 １．１ｍ、１ｂ・・・ソケットセンター１１・・・剖シ
穴　Ｗ・・・被加熱材　Ｃ・・・加熱コイルｃｓ・・・
被加熱材の軸線にそって延在する導体特許出願人 高周波熱錬株式会社 代理人　弁理士　小　林　傳 第１図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）筒体または軸体からなる被加熱材を、その端面外周
   径よりやや犬なる内径・所定深さの剖り穴が形成されて
   いるソケットセンターの上記例シ穴に両端面を挿入して
   位置決め支持するとともに軸回転せしめつつ、当該被加
   熱材の軸線にそって表面から所定間隙をへだてて延在す
   る導体を有する加熱コイルで誘導加熱する場合において
   、被加熱材とソケットセンターとを電気的に絶縁状態と
   なすことによって、導体から発生する磁束によシ被加熱
   材内に誘起される軸方向誘導電流がソケットセンターへ
   流れるのを阻止するようにしたことを特徴とする誘導加
   熱方法。 ２）ソケットセンターが被加熱材を支持回転せしめると
   ともに、被加熱材の両端所定長部分に対する磁束遮蔽の
   目的をも兼ねている場合である特許請求の範囲第１項記
   載の誘導加熱方法。