JPS62280325A - 長い導電性工作片を周辺誘導電流によつて熱処理する方法及びその為の装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 発明の背景 本発明は導電性工作片（物）を誘導電流で熱処理する方
法及びその為の装置、更に具体的に言えば１本の中心軸
線の周囲で回転対称性を欠ぐ不規則な形状の工作片を熱
処理する方法及びその為の装置に関するものであって、
そこではその様な熱処理は過大な電流及び電流の遮断を
必要とする事なく従って接点の過度の摩耗を惹起する串
なく回転対称性を欠ぐ工作片の周辺に沿ったすべての点
に於いて工作片の表面にほゞ一様な影響を与え、それに
よって極く近接した誘導子でその様なはソ一様な熱処理
を達成する。

金属類を熱処理してすべての性質を改善する＃け何世紀
にもわたって行われて来た。特に制御された熱量を（例
えば炉中に於ける如く）制御された方法で印加し且つ贋
々（例えば水中での急冷によっての如く）冷却速度をも
制御する事は良く冶金術及び金属加工技術の一部分をな
していた。その様な方法は現在に於いては有益な特性を
向上させる様な方法で処理される金属又は合金の顕微窺
的購造（組織）を変化させる事が知られている。その材
料の微細構造（組織）はその様な熱処理によって変化さ
せられて欠陥又は化学結合の有益な構造を作り、その材
料の微ｊ成分が誘起されて注意深い熱処理の下に成る領
域に優先的に集中式せられてそれらの領域（又はすべて
のからになった領域）のすべての性質を向上させ且つそ
の方面及び冶金科学に於いて周知の多くの他の効果を発
生する。

本発明は導電性工作片、代表的には金属類又は合金類を
誘導電流で熱処理する方法及びその為の装置に関するも
のである。代表的には、その様な熱処理は工作片がその
企図される用途に於いて使用状態に置かれる時に特に摩
耗を受ける表面領域を表面硬化させる為の手段として遂
行される。その俤な硬化は企図する用途に於いて摩耗を
受ける領域だけに局限される事が望ましい。熱処理は予
期される摩耗に対して工作片のその領域を硬化させるが
、それは又その熱処理領域をもろくもする傾向がある。

又熱処理は工作片をその原形からひずませ、それによっ
て後刻の再加工の必要性を増大させるか又はその工作片
をして最早必要な寸法的裕度を満足させなくする傾向が
ある。かくして基耗抵抗、強度及び企図する用途に対す
る寸法的安定性の最適平衡を達成する様に熱処理過程（
プロセス）を適合させる事が技術者にとって重要になっ
て来る。又熱処理は、エネルギ、時間及び費用を要する
ので、技術者は同様にしてその様な熱処理を必要とする
すべての領域ヘ、しかも必要以上の深さにまで達しない
様に限定する事を強いられる。

誘導熱処理法は、時間的に変化する磁界Ｔｌ１ｉｔ場を
誘起する（ファラアディの法則）という電気の基礎的事
実を利用している。工作片の様な導体が電界内に置かれ
ている時には、その電界の強さに正比例し、導体の電気
抵抗に逆比例して（クーロン及びオームの法則）電流が
その電界の方向に於−てその導体を通って流れろ。その
工作片の電流に対する抵抗はその工作片をその様な電流
の直接の領域に於いて加熱して所望の熱処理効果を発生
する。

この様にして、誘導熱処理の基本的構造はその工作片の
外部回路を通って交流電流を流れさせる事である。

この交流電流は誘導子としてその方面で知られている導
電性素子によって運ばれて熱処理しようとする工作片の
表面に極く近い所へもたらされる。その交流電流はその
電流の直ぐ付近に交番磁界を発生する（アンペアの法則
）。その交流電流及び工作片の平面図形は工作片の熱処
理しようとする領域がその交番磁界中へもたらされる様
に配列されている。かくして熱処理は上述した機構を通
して行われる。

その様な誘導熱処理によって硬化させられる工作片の深
さは（例えば誘尋子中の外部電流及び工作片の抵抗率の
平面図形の如き他の影響は一定に維持されるものとして
）交流電流の周波数及び工作片中に誘起される＞６流の
パワー（電力）密度の両者の関数である。約１ＫＨｚか
ら５００ＫＨｚ迄の周波数の交流電流は１０ＫＨ２から
５０ＫＨｚ迄の範囲の一層代表的な値の交流電流と共に
誘導熱処理に対して用途を発見されている。硬化の深さ
は周波数が増大し且つ工作片中に誘起される電力密度（
平方インチ当りのキロワット）の増大するにつれて減少
する傾向を有している。

誘導熱処理法ｆ″ｉ閑械類の重要なＷｌ戊部品の摩耗耐
力を増大きせる為に多くの産業に於いて広く実用されて
いる万能の工具である事が証明されている。輸送に於け
る用途が従来圧倒的であったが、摩耗耐力の為の他の用
途はそれ以上に誘導熱処理を利用している。かくして、
誘導熱処理法は多くの現代の製造過程の重要で一般に受
容された部分を構成している。

然しなから、最適の′＠造能率を達成し、実用する過（
１）程を城らし、即時払出しによって品目一覧表の必要
性を減らし且つ製造過程中の凡ゆる工程に於いて融通性
があり、迅速で信頼しうる効率を達成する事の重要性が
不断に強調されている。誘導熱処理法はその様な進歩が
最終製品の質及び性能の両者並びにそれが製造される時
の能率に影響を与えろろ過程の一部分である。

本発明は不規則な形状を有する工作片（物）を熱処理す
る為の方法及び装置を開示している。代表的な形状は延
長する（長い）軸線の周囲で回転対称性を有しているが
、自動車両に於いて実用されている多くの軸に於いて普
通光られる様に半径が急変している長い工作片である。

　その様な形状の工作片を熱処理する為の従来の方法及
び装ｗｈすべての隅（コーナー）及び半径の急激に変化
する付近の他の領域を熱処理する事が出来なかった。本
発明は半径の急変部の周囲のあらゆる部分を含めて、そ
の後な形状を有する工作片を誘導熱処理する為の方法及
び装置を開示している。

かくして最終製品の全体の性能が改善される。他の不規
則な形状の工作片も（代表的なワシショット諸法に於け
る如く）大電流を必要とする事なく且つ又（代表的な１
分割誘導子Ｉ猪法に於ける如く）工作片の熱処理中に交
流電流を流している回路を遮断して、すべての分割誘導
子接点に怠述０な摩耗を惹起する必要なしにこ＼に開示
されている本発明の方法によって一様で経済的な方法で
誘導熱処理を施されうる。

発明の摘要及び目的 本発明は不規則な形状を有する導電性工作片を誘導熱処
理する方法及びその為の装置に関するものであって、そ
の装置は外部の誘導加熱交流電流を工作片へ運び且つそ
の工作片の形状に補足的な形状を呈している一対の導電
性ヘッドと、上記導電性ヘッドを熱処理しようとする領
域に於いて工作片の表面の極く８傍へ整置し、それによ
って工作片の表面を上記導電性ヘッドを流れる交流電流
によって発生された交番磁界中にもたらす為の装置と、
誘導熱処理の為に必要な接近を維持しながら、しかも上
記導電性ヘッドを流れる大きな電流を遮断する必要なし
に工作片を上記導電性ヘッドに対して移動及び再整置す
る為の手段とを有している。

本発明の主目的は工作片が加熱されている間にすべての
誘導子に流れる交流電流を遮断する事なくカム軸の様な
不規則な形状の工作片を熱処理する為の方法及び装置を
提供し、それによってその様な大電流が遮断される時の
接点の摩耗及び保守費を相当に逓減する事にある。

本発明の他の目的は過大な電流を必要とする事なく許容
しうる熱処理の為に必要な電気的接近をすべての誘導子
と工作片との間に維持しながら誘導子を工作片に沿って
走査する事によって不規則な形状の工作片を熱処理する
為の方法及び装置を提供する事にある。

本発明の他の目的はは寸オペレータの介入を必要としな
いで自動制御下に不規則な形状の工作片を熱処理する為
の方法及び装置を提供する事にある。

本発明の他の目的は一定の形状の部品に対して′一度だ
け計画され１つ反復して利用される不規則な形状の工作
片を熱処理する為の方法及び装置を提供する事にある。

本発明の他の目的は種々の方位ではｙ同じ断面輪廓を有
する不規則な形状の工作片を熱処理する為の方法及び装
置を提供する事にある。

本発明の他の目的は誘導子で熱処理領域上を走査する事
によって種々の方位（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｇ）では
寸同じ断面輪廓を有する不規則な形状の工作片を熱処理
する為の方法及び装置を提供する事にある。

本発明の他の目的は全く側辺法で不規則な形状の工作片
を熱処理し、それによって工作片のは！一様な熱処理を
達成する方法及び装置を提供する事にある。

本発明の更に他の目的は熱を隣接部品へ逃すことなく、
シかもその様な漏洩を阻止する為に妨害誘導子を吏用す
る必要なしに例えばカム軸上のカム類の様に種種の方位
を有する不規則な形状の工作片の線状配列を熱処理する
為の方法及び装置を提供する事にある。

良好な実施例の説明 次に本発明をその良好な実施例を示す添付図面を参照し
ながら説明する。

第１図は熱処理を必要とする同じ断面輪廓を有するが、
その輪廓は種々の方法で空間中で定位される代表的には
カム軸の様な部品を熱処理する為の装置を示す斜視図で
ある。

工作片（１７）はその中心軸線σａ、代表的にはスピン
ドル類によって装置中へ取付けられる。本装置は矢印（
１９によって表わされている如く中心軸線賭の周囲で工
作片（Ｌηを回転させる手段を設けられている。工作片
のそのｐＪな回転は、工作片１１７）の断面輪廓の方位
（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が本装置及び誘導加熱誘導
子（２Ｇ（本発明に於いては２分割されている誘導子）
に対して標準の方位にもたらされる様に、一定量づつコ
ンピュータの制御下に行われる。代表的なコンピュータ
制御器は第１図にＣｅと銘打って示されている。そのｆ
Ｍを制御器は機械産業に於ける標準品であって、若干の
商業的行商人から入手出来る。それらの誘導子半分（ｉ
ｎｄｕｃｔｏｒ　ｈａ工”ｅｓ）は代表的にはベリリウ
ム・調合金製の可撓性導電性薄板Ｃ！υ上に装着されて
いてダクト＠によって水冷される。

導電姓薄板Ｃυはすべて中心軸線賭に垂直に比較的自由
に回転運動をする様に装着されているが、決して他の方
向に狡いてではない。

次に第２図を参照するに、熱処理の為の交流電流は矢印
（ハ）に示す知〈流入し、両誘導子半分ＣＤを直列に流
れて矢印（２４の方向に出て行く（又その交流電流の交
互の半サイクルには逆方向に流れる事勿論である）。両
誘導子半分は代表的には適当な絶縁性材料（２句によっ
て電気的に絶縁されている。第２図から明らかな様に、
すべての誘導子半分Ｑυは工作バエの回転又は移動を許
す様に（又は代表的にはカム軸上に見られるすべての丸
い軸受の通過を許す様に）なっているので、電流の遮断
は起らない。この事は大きな電流が遮断され、再起動さ
れてこれらの事がそこで行われるすべての接点上に著し
い摩耗を惹起する従来の分割された誘導子を使用する方
法とは著しい対称をなしている。

第２図は左右対称性を有するカムを熱処理する為に使用
される誘導子半分を示している。かくして誘導子半分の
すべての輪廓は同じ形状を呈している。これは必ずしも
すべての場合に必要な事ではない。誘導子の２つの半分
は代表的にはカムの様な左右対称性を欠いた工作片を処
理する為には全く違った形状を呈している。然しなから
、すべての手＠は明らかに上述の手順の変形であるにす
ぎない〇 代表的には、工作片は装置中へ装入され、すべての誘導
子半分は熱処理を要するすべての位置へ移動させられる
。工作片σηのすべての誘導子半分に対する回転方位及
び軸方向の位置は自動運動制御手段ｄ）によって使用す
る為の工作片（１７１の長さに沿って記録でれている０
これは自動運動制御手段（イ）を計画（プログラム）す
る。

誘導子半分が分子４すれている時、熱処理されるべき工
作片の第１領域は誘導子半分の平面内へもたらされ且つ
工作片の輪廓が誘導子半分の形状と一致する様に向けら
れる。すべての誘導子半分はその工作片の表面の極く近
傍（代表的にはｏ、３５ｃｌｎ又はそれ以下）へもなら
されて通？！葛れて工作片を所望の時間の間熱処理する
。その電流を遮断する事なしに誘導子半分は工作片σｎ
から取り除かれて、その工作片は熱処理を必要とする第
２領域が適当な方位で誘導子半分の平面内へもたらされ
る様に移動及び回転させらｉする。すべての６導子牛分
は再び熱処理の為に電流を流している工作片の表面の画
く近傍へもたらされる。このプロセス（工程）をま工作
片のすべての熱処理を完了する為に必要なだけ何回でも
反復される。

発明の効果 上述の方法は、熱処理されるべき各領域が走査すること
なく合理的な薄い誘導子半分で一発で処理されるカム軸
について詳述されて来た。然しなから走査を必要とする
厚いカムに対しては、工作片（ｌではそれを回転させる
事なく熱処理きれるべき所望の長さだけすべての誘導子
半分に対して移動させられる事は明白である０区分（セ
グメント）及び大きな直径の軸受間に大きな方位の変化
を有する（カム軸の様な）個々の工作片に対しては、本
発明の方法は電流を遮断する事なく且つその遮断にとも
なう保守問題を惹起する事なく連続したコンピュータの
制御下に周辺誘起電流によって各部を一様に熱処理する
方法を提供するものである。

以上の説明から本発明の開目的は本発明の方法及び装置
によって達成される事が明らかにされ、本発明の奏する
効果は極めて顕著なものである事が証明された。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱処理しようとする諸領域に於いては家同じ断
面輪廓を有しているが例えばこ−に示されているカム軸
の様に種々の方位を有する代表的な工作片を誘導熱処理
する為の装置を示す斜視図、第２図ｆ′ｉ第１図の装置
を誘導熱処理する誘導子平面を通って切断した平面図を
示している。 なお、図中 １７・・・・・・・・・工作片、　　　　１８・・・・
・・・・・中心軸線、２０・・・・・・・・・誘導加熱
誘導子、２１・・・・・・導電性立板、２２・・・・・
・・・・ダクト 特許出願人　インダストリアル　エレクトリック　ヒー
ティングインコーホレーテッド く、二′□

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ）長い導電性工作片の一端の対向する側面上に
   上記工作片の表面を誘導熱処理する為の交流電流を流す
   単一の誘導子を整置し、上記誘導子は第１及び第２半分
   に分割されて居り、上記誘導子半分は熱処理しようとす
   る表面部分上でその表面にほゞ一致した上記工作片の表
   面形状に補足的な形状を有して居り、上記誘導子半分は
   上記工作片の長手軸線にほゞ垂直な電流平面を有して居
   り、 ｂ）上記工作片を上記通電誘導子半分に対して軸方向に
   熱処理を必要とする第１区分の長さだけ移動させ、上記
   区分に於いては上記断面輪廓は上記誘導子半分の形状に
   補足的に隙間を置いて配置されてほゞ一定の方位を有し
   て居り、 ｃ）上記誘導子半分中を流れる電流を遮断しないで維持
   しながら上記誘導子半分を上記工作片の表面から引上げ
   、 ｄ）熱処理を必要とする第２区分の一端が上記誘導子半
   分の通電平面内に整置されて来るまで上記工作片を上記
   誘導子半分に対して軸方向に移動させ、ｅ）上記工作片
   の上記断面輪廓が上記補足的形状の誘導子半分と最も近
   い締りばめとなる様に向けて置かれるまで上記工作片を
   上記長手軸線の周囲で回転させ、ｆ）上記誘導子半分を
   工作片に最も近接させて上記工作片の周囲で閉成し、 ｇ）熱処理しようとする各区分に対して、上記（ｂ）乃
   至（ｆ）の工程を反復する事からなる事を特徴とする上
   記区分間で上記空間的配置（■）に急激な変化を有しな
   がら上記長手軸線に沿つた少なくとも１つの軸方向の区
   分内で工作片の輪廓とほゞ同じ空間的配置（■）を有し
   て居り且つ熱処理しようとする諸領域に於ける中心長手
   軸線に対して垂直な断面に於いてほゞ同じ断面輪廓を有
   する長い導電性工作片を周辺誘導電流によつて熱処理す
   る方法。
2. （２）上記第１及び第２誘導子半分は上記誘導子半分中
   を流れる電流平面に対して垂直な方向に於いて熱処理を
   必要とする上記工作片の上記軸方向区分の長さにほぼ等
   しい厚さを有して居り、それによつて移動工程（ｂ）を
   省略させる事を更に特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。
3. （３）ａ）長い導電性工作片の表面を誘導熱処理する為
   の交流電流を流す単一の誘導子と、該誘導子は第１及び
   第２半分から構成されて居り、上記誘導子半分は上記工
   作片の熱処理しようとする表面部分上で上記表面にほぼ
   一致した表面形状に補足的な形状を呈して居り、上記誘
   導子半分は上記工作片の上記長手軸線にほゞ垂直な電流
   平面を有する上記工作片の対向する側面上に整置されて
   居り、そこでは上記工作片からの上記誘導子半分の距離
   はほゞ連続的に変化させられ且つ上記第１及び第２誘導
   子半分は上記工作片からの上記誘導子半分の上記距離が
   変化させられる時に上記第１及び第２誘導子半分中を流
   れる電流を遮断しない様な方法で電気的に直列に接続さ
   れて居り、 ｂ）上記工作片の極く近傍に工作片の形状に一致して上
   記誘導子半分を正確に整置する為の手段と、ｃ）上記工
   作片及び上記誘導子半分の上記極く近傍でそれらの形状
   との一致を維持しながら上記電流平面にほゞ垂直な方向
   に於いて上記工作片を上記第１及び第２誘導子半分に対
   して移動させる為の手段と、ｄ）上記工作片が上記誘導
   子半分に対して軸方向に移動させられる時に、上記誘導
   子半分の上記工作片の表面との一致及び近接状態を維持
   する様に上記工作片の上記移動位置とつり合つた方法で
   上記工作片の上記長手細線の周囲での回転配位を正確に
   調整する為の手段とを有する事を特徴とする熱処理しよ
   うとする領域に於いて上記工作片の上記中心長手軸線に
   垂直な断面に於いてほゞ同じ断面輪廓を有する長い導電
   性工作片を周辺誘導電流によつて熱処理する為の装置。
4. （４）上記誘導子半分の整置手段は、 ｉ）その薄板材料を通つて交流電流が上記第１及び第２
   誘導子半分中を連続的に流れうる様に上記第１及び第２
   誘導子半分の各々へ堅固に装着された少なくとも１つの
   導電性薄板材料と、上記薄板材料は上記誘導子半分の両
   者へ堅固に装着されていて、上記誘導子半分の直角方向
   の運動にきびしく反対しながら上記工作片の長手軸線に
   ほゞ垂直な方向に於いて上記誘導子半分の比較的柔軟な
   運動を許す様になつて居り、ｉｉ）上記誘導子半分を上
   記工作片の長手軸線に対してほゞ垂直な方向に於いて上
   記工作片に対してあらかじめ記号化された位置へ動かす
   ような方法で上記誘導子半分へしつかりと連結されてい
   る少なくとも１つのディジタルに記号化された歩進電動
   機とから構成されていることを更に特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の装置。
5. （５）上記導電性薄板はベリリウム及び銅の可撓性合金
   で形成されている事を更に特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。
6. （６）上記誘導子半分は上記導電性薄板から分離可能で
   あつて、違つた形状の工作片を誘導熱処理する為に違つ
   た形状を呈する誘導子半分によつて置換されうる事を更
   に特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。
7. （７）上記各誘導子半分は上記工作片の形状に補足的な
   形状をしつかりと維持し且つ冷却流体を貫流させうる１
   個の堅固な導電性材料片から形成されている事を更に特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の装置。
8. （８）上記導電性薄板は誘導熱処理電流を流す回路に対
   して一大バラストインダクタンスを設けうる様に整置さ
   れて居り、それによつて上記誘導子半分の上記位置に於
   ける変化に起因する上記回路インダクタンスの小さな変
   化を無視しうる様にする事を更に特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の装置。