JP2007162104A

JP2007162104A - 高周波誘導加熱コイル

Info

Publication number: JP2007162104A
Application number: JP2005362580A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sasaki; 佐々木　　寛; Hideaki Katanuma; 秀明片沼; Hiroshi Tanaka; 洋田中; Koichi Miyashita; 光一宮下
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】比較的に簡単な構造で安価でありながら、大径軸部，隅アール部，及び小径軸部を有するワーク（段付き軸状部材）の表面全体を良好に高周波誘導加熱することができると共に、高周波誘導加熱の効率向上を図ることができるような高周波誘導加熱コイルを提供する。
【解決手段】大径軸部２及び隅アール部３を囲むように構成された第１のリング状コイル部２１と、小径軸部４の他端側の端部２２を囲むように構成された第２のリング状コイル部２３と、第１のリング状コイル部２１と第２のリング状コイル部２３との間に連結され、かつ、小径軸部４を囲むように構成されたスパイラル状コイル部２４とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸線方向の一端側に大径軸部を有し、隅アール部を介して前記大径軸部に一体的に連結されて軸線方向の他端側に向かつて延びる小径軸部を有するワークの外面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイルに関し、例えば、自動車等に用いられている等速ジョイントのアウタレースのように一端側に大径軸部を有し、これから他端側に向かって延びる小径軸部を有するようなワークの外面を効率的にかつ高品質で高周波焼入するのに用いて好適な高周波誘導加熱コイルに関する。

自動車の等速ジョイントのアウクレースのようなワーク（加熱対象物）としては、図４に示すような形状を有するワーク１がある。このワーク１は、回転対称体から成る段付き軸状部材であって、軸線方向の一端側（基端側）に大径軸部２を有し、その大径軸部２の上に隅アール部３を介して軸線方向の他端側（先端側）に向かって延びる小径軸部４を一体的に形成して成るものである。なお、図４に示すワーク１の場合には、上述の大径軸部２は、２段の第１の大径軸部２ａ及び第２の大径軸部２ｂを有しており、第１の大径軸部２ａと第２の大径軸部２ｂとの間に段部（肩部）５が形成されている。

このような形状を有するワーク１の大径軸部２や小径軸部４の表面（外周面）には、通常、高周波焼入による焼入硬化層が形成されるが、この高周波焼入は高周波誘導加熱コイルを用いて行なわれる。この種の高周波焼入に用いられる高周波誘導加熱コイルとしては、従来より各種のものがあり、例えば、実開昭５５−８０３５８号（特許文献１）や特開２００２−１８０１２８（特許文献２）に開示されているものがある。

また、本願の出願人は、図５及び図６に示すような構造の高周波誘導加熱コイル６を用いて前記のワーク１の高周波誘導加熱を行っていた。この高周波誘導加熱コイル６は、図示のように半開放鞍型のものであり、ワーク１の大径軸部２の外周面の半分を囲むように構成された第１の半円弧状コイル部７と、小径軸部４の外周面の半分を囲むように構成された第２の半円弧状コイル部８と、第１の半円弧状コイル部７と第２の半円弧状コイル部８との間に架設された直線状柱部９などを有している。また、高周波誘導加熱コイル６にあっては、ワーク１の隅アール部３や小径軸部４の先端に対応する部分に磁束集中用のコア１０，１１などが装着されている。
実開昭５５−８０３５８号特開２００２−１８０１２８

図５及び図６に示した高周波誘導加熱コイル６を用いてワーク１を高周波誘導加熱するための加熱条件としては、例えば、周波数が８．２ｋＨz，電力が１６０ｋＷ，電圧が４６０Ｖ，電流が３４８Ａであり、加熱時間は５．４ｓｅｃ、冷却時間は空冷及び水冷を含めて１３．４ｓｅｃである。このため、加熱電力量としては８６４ｋＷ・sであり、熱処理時間は１８．８ｓｅｃである。

焼入処理などのための高周波誘導加熱において、加熱効率を向上させるためには、熱処理時間の短縮が最も効果的である。また、熱処理時間を短縮することにより低歪みや焼入中間層の減少などが生じ、高品質化を図ることができる。しかしながら、図５及び図６に示した高周波誘導加熱コイル６や前記のような公知技術の高周波誘導加熱コイルでは、以上の要請を満たすことが難しく、しかも高周波誘導加熱コイル自体の構造が複雑になり、コスト高となるといった問題点がある。

本発明は、上述の如き実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較的に簡単な構造で安価でありながら、大径軸部，隅アール部，及び小径軸部を有するワーク（段付き軸状部材）の表面全体を良好に高周波誘導加熱することができると共に、高周波誘導加熱の効率向上を図ることができるような高周波誘導加熱コイルを提供することにある。

上述の目的を違成するために、本発明では、軸線方向の一端側に大径軸部を有し、隅アール部を介して前記大径軸部に一体的に連結されて軸線方向の他端側に向かつて延びる小径軸部を有するワークの外面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイルにおいて、前記大径軸部及び前記隅アール部を囲むように構成された第１のリング状コイル部と、前記小径軸部の先端部を囲むように構成された第２のリング状コイル部と、前記第１のリング状コイル部と前記第２のリング状コイル部との間に連結され、かつ、前記小径軸部を囲むように構成されたスパイラル状コイル部とを有するようにしている。
また、本発明では、前記第１のリング状コイル部が、前記大径軸部に形成された段部の段数に応じて設けられる１巻又は複数巻のコイル部であるようにしている。
また、本発明では、前記第１のリング状コイル部の断面の輪郭形状が、前記段部及び前記隅アール部に向かって突出する形状であるようにしている。

請求項１に記載の本発明は、大径軸部及び隅アール部を囲むように構成された第１のリング状コイル部と、小径軸部の先端部を囲むように構成された第２のリング状コイル部と、第１のリング状コイル部と第２のリング状コイル部との間に連結され、かつ、前記小径軸部を囲むように構成されたスパイラル状コイル部とを有するようにしたものであるから、高周波誘導加熱コイルの全体構造としては比較的製作し易いリング状コイル部とスパイラル状コイル部とを一体に連結した比較的に簡単な構造で安価なものでありながら、大径軸部，隅アール部，及び小径軸部を有するワーク（加熱対象物）の表面全体を良好に高周波誘導加熱することができると共に、高周波誘導加熱の効率向上を図ることができる。すなわち、投入電力量を大幅に低減することができ、かつ、熱処理時間を大幅に低滅することができる。また、本発明の高周波誘導加熱コイルを高周波焼入に用いるようにした場合には、品質的にも焼歪み等が少なく、高品質の焼人が可能になる。

また、請求項２に記載の本発明は、第１のリング状コイル部が、大径軸部に形成された段部の段数に応じて設けられる１巻又は複数巻のコイル部であるようにしたものであるから、大径軸部が複数段のものにも適用することができ、それに近似する形状のワーク（加熱対象物）に対しても適用可能となる。

また、請求項３に記載の本発明は、第１のリング状コイル部の断面の輪郭形状が、段部及び隅アール部に向かって突出する形状であるようにしたものであるから、高周波誘導加熱を行ない難い隅アール部や段部を良好に高周波誘導加熱することができ、ひいては隅アール部や段部に所望の焼入硬化層を確実に形成することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイルについて図１〜図４を参照して説明する。なお、図１〜図３において、図４と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイル２０を示すものであって、この高周波誘導加熱コイル２０は、図２に示すような形状のワーク（段付き軸状部材）１の表面を高周波誘導加熱するのに用いられるものである。なお、このワーク１は、図４に示すものと同様に、大径軸部２，隅アール部３，及び小径軸部４を有しており、このワーク１の大径軸部２は、段部（肩部）５を有すると共に、２段の第１の大径軸部２ａ及び第２の大径軸部２ｂを有している。

本実施形態の高周波誘導加熱コイル２０は、図１に示すように、ワーク１の大径軸部２及び隅アール部３を囲むように構成された第１のリング状コイル部２１と、ワーク１の小径軸部４の他端側の端部（大径軸部２から離れた側の端部）２２（図２参照）を囲むように構成された第２のリング状コイル部２３と、第１のリング状コイル部２１と第２のリング状コイル部２３との間に連結され、かつ、ワーク１の小径軸部４を囲むように構成されたスパイラル状コイル部２４とを備えている。そして、上述の第１のリング状コイル部２１は、ワーク１の隅アール部３に対応して配置されてこの部位を囲むように構成された第１のリング状コイル部分２１ａと、ワーク１の大径軸部２の段部５に対応して配置されてこの部位を囲むように構成された第２のリング状コイル部分２１ｂとを備えている。また、本実施形態では、高周波誘導加熱コイル２０のスパイラル状コイル部２４は、図１及び図３に示す如く、２巻（２ターン）のものから成る。かくして、高周波誘導加熱コイル２０は、全ての部分が円弧形状のコイルにて構成されている。

次に、以上のような構造の高周波誘導加熱コイル２０を用いてワーク１を高周波誘導加熱する場合の加熱条件を示す。
加熱条件
周波数：８ｋＨｚ
電力：３２９ｋＷ
電圧：４８９Ｖ
電流：６７３Ａ
加熱時間；１．６ｓｅｃ
空冷及び水冷を含む冷却時間：１０．５ｓｅｃ

以上をまとめると、投入電力量は５２６．４ｋＷ・sであり、熱処理時間は１２．１ｓｅｃとなる。これを前記の従来の高周波誘導加熱コイル６（図５及び図６参照）の場合と比較すると、投入電力量として６０．９％となり、熱処理時間として６４．４％となり、大幅に作業効率の向上並びに省電力化を図ることができる。このように、高周波誘導加熱コイル２０は構造的に加熱効率が良く、上述の加熱条件により、高周波誘導加熱を良好に行なうことができる。

また、本実施形態の高周波誘導加熱コイル２０によれば、従来の高周波誘導加熱コイル６の場合とは異なりコア１０，１１（図６参照）を必要とせず、従ってコア１０，１１の劣化や脱落によるコイル寿命の損失が発生せず、コイルの長寿命化を図ることができる。

図３は、上述の高周波誘導加熱コイル２０を用いてワーク１を高周波誘導加熱して焼入処理をした場合にワーク１に形成される焼入硬化層２５を示すものである。この図３から明らかなように、高周波誘導加熱コイル２０を用いることにより所望の焼入硬化層２５をワーク１の表面全体にわたって形成することができる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では、高周波誘導加熱コイル２０のスパイラル状コイル部２４としては２巻のスパイラルコイルが採用されているが、これに限定されるものではなく、例えば１巻又は３以上の巻数のスパイラルコイル或いは円形コイルとしてもよい。また、高周波誘導加熱コイル２０の第１のリング状コイル部２１を、ワーク１の大径軸部２に形成された段部５の段数に応じて設けられる１巻又は複数巻のコイル部として構成することも可能であり、ワーク１の大径軸部２が複数段であるワークの高周波誘導加熱に用いることが可能である。本発明の高周波誘導加熱コイルは、図２に示したようなアウタレースなどのワーク（加熱対象物）に限らず、各種の同一又は近似の形状の全てのワーク（段付き軸状部材）に対しても適用し得る。また、ワークの構造が異なった場合についても同様の技術的内容のものを適用し得ることは勿論である。また、高周波誘導加熱コイル２０の各部の断面形状も図示のものに限定されるものではないことは勿論である。

本発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱コイルの正面図である。図１の高周波誘導加熱コイルとワークとの対応状態を示す断面図である。本発明の高周波誘導加熱コイルを用いて焼入処理した場合にワークの表面に形成された焼入硬化層を示す断面図である。高周波誘導加熱コイルにより高周波誘導加熱されるワーク（加熱対象物）の正面図である。従来の高周波誘導加熱コイルを示す斜視図である。図５の従来の高周波誘導加熱コイルとワークとの対応状態を示す断面図である。

符号の説明

１ワーク（加熱対象物）
２大径軸部
２ａ第１の大径軸部
２ｂ第２の大径軸部
３隅アール部
４小径軸部
５段部
２０高周波誘導加熱コイル
２１第１のリング状コイル部
２２端部
２３第２のリング状コイル部
２４スパイラル状コイル部
２５焼入硬化層

Claims

軸線方向の一端側に大径軸部を有し、隅アール部を介して前記大径軸部に一体的に連結されて軸線方向の他端側に向かつて延びる小径軸部を有するワークの外面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイルであって、
（ａ）前記大径軸部及び前記隅アール部を囲むように構成された第１のリング状コイル部と、
（ｂ）前記小径軸部の他端側の端部を囲むように構成された第２のリング状コイル部と、
（ｃ）前記第１のリング状コイル部と前記第２のリング状コイル部との間に連結され、かつ、前記小径軸部を囲むように構成されたスパイラル状コイル部と、
を有することを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
前記第１のリング状コイル部が、前記大径軸部に形成された段部の段数に応じて設けられる１巻又は複数巻のコイル部であることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイル。
前記第１のリング状コイル部の断面の輪郭形状が、前記段部及び前記隅アール部に向かって突出する形状であることを特徴とする請求項２に記載の高周波誘導加熱コイル。