JP2014500906A - 誘導焼入れのための装置 - Google Patents

Abstract

加工物の磁気誘導焼入れのための装置が、全体的に非磁性材料で形成された本体部分を有する磁性道具を含む。この本体部分は焼入れされる加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する。本装置はさらに、本体部分の表面でまたは表面に隣接して本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された磁石配列を含む。加工物保持具は加工物を磁性道具の前記表面に近接して支持するように構成される。回転軸の周りで磁性道具を加工物保持具に相対して回転させるための駆動配列が設けられ、それにより、加工物の加熱を誘導し、加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた加工物の焼入れに結び付く温度を達成させる。
【選択図】図１

Description

[0001]本発明は部品の磁気誘導加熱に関し、さらに詳細には、部品の磁気誘導焼入れ（例えば表面焼入れまたは無心焼入れ）において使用するための装置に関する。

[0002]誘導加熱を通じた表面焼入れは、通常、電源からの交流電流で通電される銅製のコイルまたはインダクタを使用して遂行される。インダクタによって達成される焼入れ深さは、電源と変圧器により決定される印加ＡＣ周波数の関数である。焼入れされる表面積は電源から適用される電力およびインダクタの幾何学形状の関数である。

[0003]インダクタの幾何学形状は、焼入れされる部材に対して部材の一部の過熱を防止するように慎重に調整されなければならない。インダクタのこの特異的な幾何学形状はまた、特定の周波数範囲の電源と慎重に調和させられなければならない。インダクタと電源との間の精密な設計束縛は、焼入れされる特定の部材によって大部分が指定され、したがってこの部材に特定用途化される誘導システムを産出する。異なる部材については異なる電源を有する異なるインダクタが使用されなければならず、これは柔軟性を欠いた工程につながり、部材に特定用途化された道具立ての高い原価に結び付く。これら従来式の誘導加熱システムのための電力消費もやはり高く、工程の原価をさらに増大させる。

[0004]一実施形態では、本発明は加工物の磁気誘導焼入れための装置を提供する。本装置は全体的に非磁性材料で形成された本体部分を有する磁性道具を含む。本体部分は、焼入れされる加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する。本装置はさらに、本体部分の表面上でまたは表面に隣接して本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された磁石配列を含む。加工物の保持具は磁性道具の表面に近接して加工物を支持するように構成される。回転軸の周りで磁性道具を加工物保持具に相対して回転させるための駆動配列が設けられ、それにより、加工物の加熱を誘導し、加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた加工物の焼入れに結び付く温度を達成させる。

[0005]本発明の一態様では、磁石配列は或る数の磁極（ｎＰ）を規定し、駆動配列は道具を加工物保持具に相対して或る速度（ＲＰＭ）で回転させ、等式Ｈｚ＝（ｎＰ×ＲＰＭ）／６０に従って少なくとも５ｋＨｚの周波数が達成される。

[0006]本発明の別の態様では、本装置は加熱された加工物が加工物保持具によって支持されている間にこれを急冷するように動作可能な急冷システムをさらに含む。

[0007]本発明のさらに別の態様では、加工物保持具は回転軸の周りでの加工物の回転を阻止するように、かつ回転軸に沿った加工物保持具内の加工物の移動を阻止するように加工物を支持し、その一方で加工物保持具内の加工物の熱膨張を収容する。

[0008]本発明のさらに別の態様では、磁石配列は表面でまたは表面に隣接して本体部分に連結され、かつ交互の極性の領域を供給するように構成された複数の永久磁石を含む。本体部分は内部に形成され、表面から離間された複数の空腔を含んでもよく、それによって本体の壁部分は表面と複数の空腔の各々との間に規定される。複数の磁石の各々が複数の空腔それぞれ１つに配置される。

[0009]本発明のさらに別の態様では、磁石配列は複数の磁性領域を含むように磁化される部材を含み、これらの磁性領域が交互の極性の領域を規定する。この部材は環形状であってもよく、本体部分に接続されて表面を規定してもよい。

[0010]本発明の他の態様は詳細な説明および添付の図面を考慮することによって明らかになるであろう。

[0011]本発明を具現する、加工物の磁気誘導焼入れのための装置の部分的透視図である。 [0012]図１の磁性道具の断面図である。 [0013]図１の磁性道具の端部図である。 [0014]磁石を収納するための空腔を示す、図１の磁性道具の部分の拡大された部分図である。 [0015]磁石を収納するための交互の空腔配列を示す概略図である。 [0016]図３に示された交互の磁石配列およびこれらから出る対応する磁束線図の概略図である。 [0017]さらに別の交互の磁石配列とこれらに対応する磁束線図の概略図である。 [0018]図１に示された磁気誘導焼入れのための装置と共に使用されてもよい別の磁性道具の断面図である。 [0019]図７の磁性道具の端部図である。 [0020]図１に示された磁気誘導焼入れのための装置と共に使用されてもよいさらに別の磁性道具の断面図である。 [0021]図９の磁性道具の端部図である。 [0022]本発明を具現する急冷システムを示す、図１の部分的断面図である。 [0023]本発明を具現する代替の急冷システムを示す、図１１と同様の部分的断面図である。 [0024]本発明の他の実施形態による、一体型急冷システムを有する磁性道具の断面図である。 [0025]本発明の他の実施形態による、一体型急冷システムを有するさらに別の磁性道具の断面図である。 [0026]図１の加工物保持具の拡大された透視図である。 [0027]図１５の加工物保持具の断面図である。 [0028]図１５の加工物保持具と共に使用するための代案のコレットパッドの透視図である。 [0029]加工物の膨張を収容するための磁石配列の概略図である。 [0030]加工物の膨張を収容するための別の磁石配列の概略図である。 [0031]加工物の膨張を収容するためのさらに別の磁石配列の概略図である。 [0032]無心焼入れのための磁性道具のさらなる実施形態の概略図である。 [0033]図２１と同様であるが、無心焼入れなしでの加工物の２つの表面の熱処理を示す概略図である。 [0034]図２３ａは加工物表面の本質的に異なる区画の焼入れを示す概略図である。図２３ｂは加工物表面の本質的に異なる区画の焼入れを示す概略図である。 [0035]図２４ａは加工物表面上で生じる硬化層の長さに対する磁石長さの効果を示す概略図である。図２４ｂは加工物表面上で生じる硬化層の長さに対する磁石長さの効果を示す概略図である。 [0036]硬化層深さに対する磁石幅の予期される効果を示す概略図である。 [0037]図２６ａは生成される硬化層の形状に対する造形された磁石の予期される効果を示す概略図である。図２６ｂは生成される硬化層の形状に対する造形された磁石の予期される効果を示す概略図である。図２６ｃは生成される硬化層の形状に対する造形された磁石の予期される効果を示す概略図である。 [0038]図２７ａは磁石を冷却するための可能性のあるシステムを示す概略図である。図２７ｂは磁石を冷却するための可能性のあるシステムを示す概略図である。 [0039]磁束集中器の磁石との使用を示す概略図である。 [0040]磁性道具と共に使用される渦電流導管を示す部分断面図である。 [0041]磁石配列が磁化部材の形態をとる、本発明を具現するさらに別の磁性道具の部分断面図である。 [0042]図３０の磁性道具の端部図である。

[0043]本発明のいずれかの実施形態が詳細に説明される前に、本発明がその応用において、以下の説明で述べられるかまたは以下の図面に図示される構造の詳細および部品の配列に限定されないことは理解されるべきである。本発明は他の実施形態が可能であり、多様な方式で実践されることおよび実行されることが可能である。

[0044]図１は本発明による磁気誘導焼入れ装置１０を図示している。図示された装置は磁性道具１４、および誘導焼入れされる加工物２２を支持するように構成された加工物保持具１８を含む。図示された実施形態では、加工物２２はベアリングのための軌道面として使用されるような輪形の環状体であるが、しかし本発明は異なる幾何学形状の焼入れ加工物についても応用可能かつ適合可能である。

[0045]加熱処理および焼入れの当業者によって理解されるように、回転式駆動ユニット２６の形の駆動配列が回転軸３０の周りで磁性道具１４を加工物保持具１８（したがって加工物２２）に相対して回転させるために供給されることにより、加工物２２の加熱を誘導し、微細構造の変化を通じた加工物の焼入れに結び付く加工物２２のオーステナイト領域の温度を達成する。駆動ユニット２６は回転のために磁性道具１４を支持するように動作可能な主軸３４を含んで図示されているが、他の実施形態では、駆動ユニット２６は磁性道具１４が静止状態を保つ一方で加工物保持具１８または加工物２２自体を回転させるように動作可能であってもよい。さらに別の実施形態では、一方は磁性道具１４を回転させるため、他方は加工物保持具１８と加工物２２を回転させるための２つの駆動ユニット２６が供給されてもよい。

[0046]図示された装置１０はさらに、加熱された加工物２２が加工物保持具１８によって支持されている間にこれを急冷するように動作可能な急冷システム３８を含む。急冷システム３８を誘導焼入れ装置１０と一体化させることは誘導焼入れ処理を簡略化し、費用を節約する。図示された急冷システム３８はオーステナイトをマルテンサイトへと変化させるために加工物に急冷用媒体（例えば水または他の急冷用流体）を降り注ぐために加工物２２を取り囲む急冷用カラー４２を含む。本装置は急冷用媒体を収容および捕集するため、および誘導焼入れ処理中に生じる熱から作業者を防護するために筐体（図示せず）内に格納されてもよい。下記でさらに述べられるであろうが、図示された急冷用カラー４２は装置１０と一体化され得る急冷システム３８の考え得るタイプの１つに過ぎない。さらに別の実施形態では、急冷機能は装置１０に一体化されなくてもよく、装置１０から遠隔にある別個の急冷所で遂行されてもよい。そのような場合、加熱された加工物２２は加工物保持具１８から取り外されて急冷するために遠隔の急冷所へと移送される。

[0047]図２〜４は一層詳しく磁性道具１４を図解している。図示された磁性道具１４は駆動軸の形態の取付け部分５０、および取付け部分５０に連結された本体部分５４を含む。取付け部分５０は、一緒に回転するように駆動ユニット２６に連結される主軸３４（図１参照）に着脱可能に固定されてもよい。取付け部分５０と本体部分５４は各々、全体的に非磁性の材料または低い比透磁率を有すると見なされる材料、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼で形成される。本体部分５４は加工物２２に近接して配置されるように構成される表面５８を規定する。図１および２に最も良く図示されるように、図示された本体表面５８は半径方向で外方向に面する円周表面であって環状の加工物２２の内側表面上にあるテーパーに対応するテーパーをつけられる。図２に示されるように、空隙Ｇが表面５８と（加工物保持具１８によって支持される）焼入れされる加工物２２の内側表面との間に規定される。図示された実施形態では、空隙Ｇは約１．７７８ｍｍ（０．０７インチ）未満であり、約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）と約１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）との間であってもよく、約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）として図示される。当然であるが、異なる幾何学形状の加工物では、表面５８の幾何学形状および空隙Ｇの寸法は所望の焼入れ結果を達成するためにそれに応じて調節されることが可能である。これらの能力は下記でさらに詳しく検討されるであろう。

[0048]磁性道具１４は磁石配列を含み、本実施形態では、表面５８でまたはこれに隣接して本体部分５４に連結された複数の永久磁石６２の形をとる。図１〜４に図示された実施形態では、複数の永久磁石６２は、本体部分５４の薄壁部分７０が表面５８と複数の空腔６６の各々との間に規定されるように、表面５８から離間されるようにするために、本体部分５４内に規定または形成されたそれぞれの空腔６６内に収納される。このようにして、磁石６２は表面５８に隣接する場所での空腔６６内への設置を介して本体部分５４に連結される。空腔６６を表面５８から隔てる壁部分７０は磁石６２と加熱された加工物２２との間に熱障壁を供給し、それにより、磁石６２の温度は磁石６２のキュリー温度または磁石６２がその磁気特性を失う（すなわち常磁性になる）温度に一層到達しにくくなる。壁部分７０は１．２７ｍｍ（０．０５インチ）未満の厚さであってもよく、図示された実施形態では約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）の厚さである。所望の薄壁部分７０を達成するための磁性道具１４の本体部分５４の製作では、仕上がり表面５８を形成するために使用される機械加工または旋削工程の前に空腔６６が形成されてもよい。

[0049]磁石６２は空腔６６の中で事実上あちこちに動かなくなるように緊密な係合で空腔６６の中に挿入される。磁石６２が空腔６６の中で事実上あちこちに動くことが許容されれば、磁性道具１４の均衡は悪影響を受けかねない。空腔６６と周囲環境との間を連絡するために開口７４（図１および２参照）が形成される。磁石６２が空腔６６の中に挿入されるとき、緊密に係合する磁石６２が空腔６６の中に滑り込むと空気は開口７４を通って逃げることを許される。いったん磁石６２が空腔６６内に配置されるとその中で磁石６２を固定するために蓋７８が留め具８２で本体部分５４に連結される。磁石６２が通常の使用で傷付きまたは劣化した場合、磁石６２の取替えを容易にするために蓋７８は取り外されることができる。

[0050]図示された実施形態では、磁石６２ならびに空腔６６の断面の形状は実質的に四角形であるが、他の断面形状（例えば円形、台形−図４ａなど参照）が置き換えられることは可能である。空腔６６、それ故に挿入される磁石６２は、表面５８に概して平行に延びる長手方向軸８６（図２参照）を有する。図３に最も良く表わされるように、磁石６２の磁極（例えば北−Ｎ極と南−Ｓ極）は、空腔６６内に配置されるとそのＮ−Ｓ軸が半径方向に延びるように、磁石６２の対向する２つの細長い面上にある。言い換えると、Ｎ極またはＳ極のどちらかが半径方向で外方向に表面５８に向かって面する。磁石６２は、各々の磁石６２が本体部分５４の円周外周部の周りで隣り合う磁石６２と極性が交互になるように空腔６６の中に挿入される。このようにして、磁石６２は交互の極性の領域を供給するように、またはＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓなどの交互の磁極／極性配列が表面５８に隣り合って達成されるように方向付けされて空腔６６内に配置される。図示された磁性道具１４は３２個の磁石６２を含むが、しかし下記で検討されるように、磁石６２の数は望ましいように変えられることができる。図示される磁石配列のいずれにおいても、磁石６２は、焼入れされる加工物２２と相互に作用する連続した磁場を供給できるよう互いに十分に密接して配列されるべきである。

[0051]磁石６２は１テスラを超える連続的磁束密度を排出することができる希土類永久磁石であることが好ましい。図示された実施形態は約１．２Ｔ、約２８２℃（５４０°Ｆ）のキュリー温度のネオジム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁石を使用するが、しかし他の適切な希土類磁石が使用されることもやはり可能である。代案の実施形態では、２つのＮｄＦｅＢ磁石ごとの間にセラミック磁石が交互に配置されてもよい。ＮｄＦｅＢ磁石の配向は一定となるであろう。セラミック磁石は電気的に賦活されることでＮｄＦｅＢ磁石と反対の極性の磁場を生じてもよい。図３０および３１に関連して下記で述べられるようなさらに別の実施形態では、磁石配列は複数の個別永久磁石からなる必要はなく、代わりに交互の極性の領域を供給するように磁化される部材の形をとってもよい。

[0052]図５および６は磁性道具１４と共に使用されてもよい代案の磁石配列を図示している。図５では、各々の磁石６２の磁極の軸は空腔６６内に配置されると円周方向に延び、それによって磁石６２は次のように、すなわちＳ−Ｎ｜Ｎ−Ｓ｜Ｓ−Ｎ｜Ｎ−Ｓ｜Ｓ−Ｎ｜Ｎ−Ｓなどに配置されて、隣り合う各々の磁石６２における交互の極性の領域を供給する。図示されるように磁極を配列中で互いに向き合うように配向させることによって、隣り合って反発する磁極は一層多くの磁場を加工物２２に向かって半径方向で外方向に向けると考えられている。図５はそのような配列によって生じる磁束パターンを図示している。

[0053]図６は直列の配列を図示している。各々の磁石６２の磁極の軸は空腔６６内に配置されるとやはり円周方向に延びるが、磁石６２は次のように、すなわちＮ−Ｓ｜Ｎ−Ｓ｜Ｎ−Ｓ｜Ｓ−Ｎ｜Ｓ−Ｎ｜Ｓ−Ｎ｜Ｎ−Ｓ｜Ｎ−Ｓ｜Ｎ−Ｓ｜などに配置される。この配列では、隣り合う３つの磁石からなる中央の群は同じ方向のＳ−Ｎ｜Ｓ−Ｎ｜Ｓ−Ｎ｜に配向させられるが、その一方で中央の群の両側にある隣り合う３つの磁石からなる群はＮ−Ｓ｜Ｎ−Ｓ｜Ｎ−Ｓ｜に配向させられる。この配列でもって、３つの隣り合う磁石６２からなる各々の群は、磁石６２からなる隣り合う群と交互の極性の領域を規定する。図示された１８個の磁石配列で６つの磁極が存在する。図６は結果的に生じる磁束パターンを図示している。

[0054]図４ａは磁性道具１４’に使用されてもよい磁石用空腔９０の代案の実施形態を図示している。複数の磁石６２’の各々は、複数の磁石６２’の各々の表面が少なくとも部分的に本体部分５４’の表面５８’を規定するように露出されるようにそれぞれの空腔９０内に配置される。磁石６２’を表面５８’から隔てる薄壁部分はない。図４ａに示されるように、空腔９０と磁石６２’は台形または鳩尾形の構成であり、それによって磁石６２’は空腔９０の中に軸方向に挿入されることができ、さらに空腔９０と磁石６２’の幾何学形状に起因して半径方向で空腔９０内に維持される。

[0055]磁性道具１４（および、それ故に磁石６２）が加工物２２に相対して回転させられる必要な速さまたは回転速度（ＲＰＭ）は、磁石６２の構成に基づいて形成される磁極の数の関数である。周波数（Ｈｚ）、磁極の数（ｎＰ）、および回転速度（ＲＰＭ）を換算する数式はＨｚ＝（ｎＰ×ＲＰＭ／６０）で記述される。因数６０はＲＰＭを回転数／秒（ＲＰＳ）に変換するためであり、電源からの電流の周波数と同様の周波数を生成する。この周波数は磁極の数および回転速度に直接比例する。したがって、磁性道具１４の回転速度が下げられる場合、磁極の数を増やすことによって同じ周波数が達成されることができる。焼入れに結び付く微細構造の変化を成し遂げるために必要なオーステナイトの温度範囲への加工物の加熱を達成するために少なくとも５ｋＨｚの周波数が必要であることが見出された。したがって十分な回転速度と一対になった十分な磁極数が選択されることができる。焼入れされる特定の加工物および所望の焼入れ結果に応じて５ｋＨｚから２１ｋＨｚの範囲が誘導焼入れに使用されてもよい。

[0056]磁極数および磁性道具１４の回転速度を変えることに加えて、他の変数が加熱、したがって磁性道具１４の焼入れ能力に影響することも見込まれる。所望通りに調節されてもよい１つの変数は磁性道具１４が所望のＲＰＭを達成するのにかかる時間であって、これは「ランプ時間」と称されてもよい。駆動ユニット２６の馬力（トルク）が達成可能な最少ランプ時間を決定する。所望通りに調節されてもよい別の変数は磁性道具１４が所望のＲＰＭに留まる時間であって、これは「浸透時間」と称されてもよい。空隙Ｇは所望通りに調節されてもよいさらに別の変数である。空隙Ｇの寸法は駆動ユニット２６のトルク要件に影響を及ぼすが、これは空隙Ｇが小さくなるほど磁性道具１４と加工物２２との間の引力に打ち勝つために一層大きいトルクが必要になるからである。空隙Ｇの寸法は所望の硬度特性（例えば硬化層深さ）を達成するための加熱時間（すなわちランプ時間と浸透時間）にもやはり影響を及ぼす。所望の焼入れ特性（例えば硬化層深さ）を達成するために、これらの変数すべてが所望に応じて個別および互いに関連させて調節されてもよい。

[0057]磁性道具１４の構成および必要な回転速度に応じて、道具類の均衡を保つために動的な均衡システムが組み入れられてもよい。均衡システムが利用されるか否かに関わらず、取付け軸５０と磁石６２との間の約０．１０１６ｍｍ（０．００４インチ）以下の同心度が維持されるべきである。これは磁性道具１４の回転中の空隙Ｇの変動を最小化することによって適切で安定した加工物２２の加熱を提供する助けとなり、それによって所望の焼入れ結果を達成することに役立つ。

[0058]図７および８は装置１０と共に使用されてもよい別の磁性道具９４を図示している。磁性道具１４に類似して、道具９４は駆動軸の形態の取付け部分９８、および取付け部分９８に連結された本体部分１０２を含む。取付け部分９８は一緒に回転するように駆動ユニット２６（図１参照）に連結される主軸３４に取り外し可能に固定されてもよい。取付け部分９８と本体部分１０２は全体的に非磁性の材料、またはアルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼のような低い比透磁率を有すると判断される材料で各々形成される。本体部分１０２は加工物２２に近接して配置されるように構成された表面１０６を規定する。図７および８に最も良く示されるように、図示された本体表面１０６は軸方向に面した本体部分１０２の端面であり、この端面は加工物２２の端面に対応するように構成される。当然であるが、異なる幾何学形状の加工物では、表面１０６の幾何学形状は所望の焼入れ結果を達成するためにそれに応じて調節されてもよい。

[0059]磁性道具９４は、本実施形態で、表面１０６でまたはそれに隣接して本体分１０２に連結された複数の永久磁石１１０の形態をとる磁石配列を含む。図７および８に示された実施形態では、複数の永久磁石１１０は、本体部分１０２の薄壁部分１１８が表面１０６と複数の空腔１１４の各々との間に規定されるように表面１０６から離間されて本体部分１０２内に規定または形成されたそれぞれの空腔１１４内に収納される。このようにして、磁石１１０は表面１０６に隣り合う場所での空腔１１４内への設置を介して本体部分１０２に連結される。空腔１１４を表面１０６から隔てる壁部分１１８は磁石１１０と加熱された加工物２２との間に熱障壁を供給し、それにより、磁石１１０の温度が磁石１１０のキュリー温度に一層到達しにくくなる。壁部分１１８は１．２７ｍｍ（０．０５インチ）未満の厚さであってもよく、図示された実施形態では約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）の厚さである。

[0060]磁石１１０は空腔１１４の中で事実上あちこちに動かなくなるように緊密な係合で空腔１１４の中に挿入される。磁石１１０が空腔１１４の中で事実上あちこちに動くことが許容されれば、磁性道具９４の均衡は悪影響を受けかねない。図７および８に示されるように、空腔１１４は、いったん磁石１１０が空腔１１４内に配置されると留め具１２６で本体部分１０２に連結されてその一部を形成する蓋１２２内に規定される。代案の実施形態では、空腔１１４は蓋１２２に隣接して本体部分１０２に部分的または全体的に形成されてもよい。磁石１１０が通常の使用で傷付きまたは劣化した場合、磁石１１０の取替えを容易にするために蓋１２２は取り外されることができる。

[0061]図示された実施形態では、磁石１１０ならびに空腔１１４の断面の形状は実質的に四角形であるが、他の断面形状（例えば円形、台形−図４ａなど参照）が置き換えられることは可能である。空腔１１４、それ故に挿入される磁石１１０は表面１０６に概して平行に延びる長手方向軸１３０（図８参照）を有する。図８に最も良く表わされるように、磁石１１０の磁極（例えば北−Ｎ極と南−Ｓ極）は空腔１１４内に配置されるとそのＮ−Ｓ軸が軸方向に延びるように磁石１１０の対向する２つの細長い面上にある。言い換えると、ＮまたはＳ極のどちらかが軸方向で表面１０６に向かって面する。磁石１１０は、本体部分１０２の端部の周りで円周方向に見たときに各々の磁石１１０が隣り合う磁石１１０と極性が交互になるように空腔１１４の中に挿入される。このようにして、磁石１１０はＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓなどの交互の磁極／極性配列が表面１０６に隣り合って達成されるように方向付けされて空腔１１４内に配置される。図示された磁性道具９４は５０個の磁石１１０を含むが、しかし磁石１１０の数は望ましいように変えられることができる。磁石１１０は、焼入れされる加工物２２と相互に作用する連続した磁場を供給できるよう、互いに十分に密接して配列されるべきである。

[0062]磁性道具９４は加工物２２の端面、言い換えると磁性道具９４の回転軸に対して概して垂直な加工物の表面を焼入れするために使用されることができる。使用され得る代案の磁石構成、周波数、磁極、回転速度、ランプ時間、浸透時間もしくは空隙などの変数、および取付け軸と磁石との間の同心度に関する上記の検討は下記で検討される磁性道具９４および他の磁性道具の構成にも等しく当てはまる。

[0063]図９および１０は装置１０と共に使用されてもよい別の磁性道具１３４を図示している。磁性道具１４および９４と同様に、道具１３４は駆動軸の形態の取付け部分１３８、および取付け部分１３８に連結された本体部分１４２を含む。取付け部分１３８は一緒に回転するように駆動ユニット２６（図１参照）に連結される主軸３４に取り外し可能に固定されてもよい。取付け部分１３８と本体部分１４２は全体的に非磁性の材料、またはアルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼のような低い比透磁率を有すると判断される材料で各々形成される。本体部分１４２は加工物２２に近接して配置されるように構成された表面１４６を規定する。図９および１０に最も良く示されるように、図示された本体表面１４６は本体部分１４２の半径方向で内方向に面する円周表面であり、これが環状（または円筒状）の加工物２２の半径方向で外方向表面に対応するように構成される。当然であるが、異なる幾何学形状の加工物では、表面１４６の幾何学形状は所望の焼入れ結果を達成するためにそれに応じて調節されることが可能である。

[0064]磁性道具１３４は、本実施形態では、表面１４２でまたはそれに隣接して本体部分１４２に連結された複数の永久磁石１５０の形態をとる磁石配列を含む。図９および１０に示された実施形態では、複数の永久磁石１５０は表面１４６の一部を形成するように本体部分１４２内に規定または形成されたそれぞれの空腔１５４に収納され、これによって表面１４６と複数の空腔１５４の各々との間に薄壁部分は規定されない。このようにして、磁石１５０は表面１４６に隣り合う場所での空腔１５４内への設置を介して本体部分１４２に連結される。空腔１５４は本体部分１４２の環状部分１５８、および留め具１６６で本体部分１４２に連結されてその一部を形成する蓋１６２によって部分的に規定される。磁石１５０が通常の使用で傷付きまたは劣化した場合、磁石１５０の取替えを容易にするために蓋１６２は取り外されることができる。別の実施形態では、空腔１５４は異なる方式で形成されてもよい。例えば、空腔１５４は上記で述べられた空腔６６と同様の様式で形成されてもよい。

[0065]磁石１５０は空腔１５４の中で事実上あちこちに動かなくなるように緊密な係合で空腔１５４の中に挿入される。磁石１５０が空腔１５４の中で事実上あちこちに動くことが許容されれば、磁性道具１３４の均衡は悪影響を受けかねない。

[0066]図示された実施形態では、磁石１５０ならびに空腔１５４の断面の形状は実質的に四角形であるが、他の断面形状（例えば円形、台形−図４ａなど参照）が置き換えられることは可能である。空腔１５４、それ故に挿入される磁石１５０は表面１４６に概して平行に延びる長手方向軸１７０（図９参照）を有する。図１０に最も良く表わされるように、磁石１５０の磁極（例えば北−Ｎ極と南−Ｓ極）は空腔１５４内に配置されるとそのＮ−Ｓ軸が半径方向に延びるように、磁石１５０の対向する２つの細長い面上にある。言い換えると、Ｎ極またはＳ極のどちらかが半径方向で表面１４６に向かって面する。磁石１５０は、各々の磁石１５０が本体部分１４２の表面１４６の円周の周りで隣り合う磁石１５０と極性が交互になるように空腔１５４の中に挿入される。このようにして、磁石１５０はＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓなどの交互の磁極／極性配列が表面１４６に隣り合って達成されるように方向付けされて空腔１５４内に配置される。図示された磁性道具１３４は４０個の磁石１５０を含むが、しかし磁石１５０の数は望ましいように変えられることができる。磁石１５０は、焼入れされる加工物２２と相互に作用する連続した磁場を供給できるように互いに十分に密接して配列されるべきである。磁性道具１３４は環状加工物２２の半径方向で外方向に面する表面を焼入れするために使用されることが可能である。

[0067]図１１は加工物２２が急冷システム３８によって急冷されることを可能にするために加工物保持具１８に相対して加熱位置から軸方向で離された（すなわち図１１に示されるように上方に持ち上げられた）磁性道具１４を備えて示された装置１０の断面図である。言い換えると、磁性道具１４および加工物保持具１８は互いに相対して、加工物２２を加熱するための第１の位置（図２参照）と加工物２２を急冷するための第２の位置（図１１参照）との間で回転軸３０に平行の方向で移動可能である。加工物２２に急冷用媒体１７４を降り注ぐために急冷用カラー４２が図１１に示されるように加工物２２を取り囲む（図１１参照）。図１および図１１に示されるように、急冷用カラー４２は傾斜した壁１８２に形成されて急冷用媒体１７４を供給される部屋１８６と連絡する複数の開口１７８を含む（図１１参照）。コネクタ１９０は供給系路（図示せず）に流体接続されており、これにより急冷用媒体１７４を部屋１８６に選択的に供給する。

[0068]図１１に最も良く示されるように、急冷用媒体１７４は開口１７８を通って磁性道具１４の表面５８に向けて方向付けられ、加工物２２上へと下方向に偏向させられ、それにより、加工物２２に急冷用媒体１７４を降り注ぐ。磁性道具１４の第２の位置または急冷位置は適切な降り注ぎ効果を達成するために望ましいように調節されてもよい。急冷用カラー４２は支持構造１９４によって加工物保持具１８の上に定位置で支持される。異なる急冷用カラーと支持配列が図示されたこれらと置き換えられ得ることは理解されるべきである。

[0069]図１２は装置１０と共に使用されてもよい代案の急冷システム１９８を図示している。急冷システム１９８では、導管２０２が、加工物２２が加工物保持具１８’によって支持されるときに導管２０２の遠端部２０６が少なくとも部分的に加工物２２の中に位置するように、加工物保持具１８’に連結されてその中から延びる。図１２に示されるように、磁性道具１４’’は、加工物２２を加熱するための第１の位置に磁性道具１４’’があるとき（すなわち表面５８’’が加工物２２に近接して位置するとき）に、導管２０２の遠端部２０６の少なくとも一部を受け入れるように寸法を決められて構成された本体部分５４’’内の開口または凹部２１０を含むように、磁性道具１４から僅かに変更されている。図１２は加工物２２を急冷するための第２の位置の磁性道具１４’’を図示している。急冷用媒体１７４はコネクタ２１４に連結された供給源から導管２０２を通って流れ、遠端部２０６に形成された開口２１８を通って導管２０２を出る。開口２１８は、急冷用媒体１７４を遠端部２０６の周囲３６０度全体および加工物２２上に吹き掛けるために、遠端部２０６の周りで円周方向に延びる。図１２に示された配列で、急冷システム１９８が加工物保持具１８’と一体化される。

[0070]図１３は磁性道具１４’’’と一体化されるさらに別の代案の冷却システム２２２を図示している。磁性道具１４’’’の取付け部分５０’’’と本体部分５４’’’は共に、急冷用媒体１７４が中を通って供給されることができる導管２２６を規定する。急冷用媒体１７４の供給は主軸（図示せず）を通って提供されてもよい。図１３に示されるように、蓋７８’’’は、取付け部分５０’’’から軸方向に延びてかつ半径方向に配向されて円周方向に位置する導管２２６と連絡した開口２３４を有する延長部または突出部２３０を含むように変更され、それにより、磁性道具１４’’’が第２の急冷位置へと上げられると導管２２６内の急冷用媒体１７４が加工物２２上に吹き掛けられることを可能にする。開口２３４の数と位置取りが十分であれば、磁性道具１４’’’を回転させずに急冷が生じることが可能であるが、しかし他の実施形態では、さらに良好に急冷用媒体１７４を分散させるために急冷段階の間に磁性道具１４’’’ゆっくりと回転させられてもよい。

[0071]図１４は磁性道具１４’’’’と一体化されてもよいさらに別の代案の急冷システム２３８を図示している。磁性道具１４’’’’の取付け部分５０’’’’と本体部分５４’’’’は共に、急冷用媒体１７４が中を通って供給されることができる導管２４２を規定する。開口２４６は導管２４２から本体部分５４’’’’を通って半径方向で外方向に表面５８’’’’へと延び、隣り合う磁石６２’’’’の間に配置される。この構成でもって、磁性道具１４’’’’は急冷を達成するために第１の加熱位置から持ち上げられる必要が無くなる。それに代わって、加熱操作が完了すれば、磁性道具１４’’’’の回転が低速化または停止されて急冷用媒体１７４が導管２４２に供給されてもよく、それによって磁性道具１４’’’’を持ち上げることなく加工物２２を急冷することができる。

[0072]図１５は加工物保持具１８を図示しており、明瞭にするために急冷用カラー４２と加工物２２を除いて示されている。加工物保持具１８は、回転軸３０に相対した加工物２２の回転と移動の両方を阻止するために十分な締め付け力で加工物２２を確実に支持するように設計された空気圧式または空気式チャック２５０を含む。磁性道具１４と加工物２２との間の磁気的引力のために、回転軸３０に相対した回転および移動を阻止するように加工物２２が十分に締め付けられることは重要である。空気式チャック２５０は空気圧を使用して動作し、複数のコレットパッド２５４との係合を介して加工物２２を半径方向に締め付ける。図１５に示されるように、６個のコレットパッド２５４が加工物保持具１８上に設けられて加工物２２を円周方向で取り囲んで支持する。他の実施形態では、コレットパッド２５４の数は望ましいように変えられてもよい。

[0073]ここで図１５と１６の両方を参照すると、パッド２５４は各々のパッド２５４に形成された円周のリップ２６４（図１６参照）を受け入れるように構成された円周の溝２６２（図１６参照）を有するパッド支持部材２５８によって支持される。各々のパッド２５４をパッド支持部材２５８にさらに固定するために固定用配列２６８が設けられる。図１６に示されるように、パッド支持部材２５８は上側支持部材２８０の嵌合用カム表面２７６に係合するカム表面２７２を含む。上側支持部材２８０は、加工物２２を締め付けるためにパッド２５４を半径方向内向きの締め付けまたは固定方向に圧迫するように空気圧の締め付け力が空気式チャック２５０に加えられるときであっても、上側支持部材２８０と下側支持部材２８４との間のある程度の僅かな相対的垂直移動が可能であるように、留め具２８８および複数の圧縮バネ２９２（１つのみが示されている）を介して下側支持部材２８４に連結される。圧縮バネ２９２を設けることによって、およびカム表面２７２と２７６のおかげで、空気式チャック２５０は加工物２２の熱的膨らみの間に締め付け圧迫に対抗してパッド２５４が半径方向で外向きに膨らむことを可能にすることで焼入れ処理中の加工物２２の熱膨張を補償することを可能にされる。これは焼入れ操作時の加工物２２のいかなる反りまたは歪みも最小にすること、または除外することに役立つ。

[0074]図１５および１６をさらに参照すると、パッド２５４による半径方向の締め付けは回転軸３０の周りでの加工物の回転を事実上阻止する。パッド２５４は各々、パッド２５４の概して水平の表面３００から上向きに突き出る突起２９６を含む。加工物２２の下側表面が突起２９６の各々に載ることで点接触または小面積の接触が達成される。パッド２５４は各々、概して垂直の表面３０４もまた含み、これに向かって加工物２２の半径方向外側の表面または直径が当たる。各々のパッド２５４によるこの加工物支持構成は図１６に最も明確に示される。パッド２５４はアルミニウムやステンレス鋼などの常磁性材料で作製され、さらに各々のパッド２５４と加工物２２との間の係合がパッド２５４上の電気的に非伝導性である場所で生じるように構成されてもよい。図１５および１６に図示された実施形態では、突起２９６および垂直表面３０４の各々はテフロン（登録商標）、セラミックスなどの非導電性材料で被覆され、それにより、加工物保持具１８は加工物２２を接地から電気的に絶縁する。

[0075]図１７は加工物保持具１８と共に使用されてもよいコレットパッド３０８の代案の実施形態を図示している。突起２９６に代わって、各々のパッドは、挿入物３１２の一部がパッド３０８によって規定される１つまたは複数の水平表面３２０の上に垂直に延びるように、パッド３０８の半径方向内側表面に（例えば、留め具３１６を介して）連結された非導電性の挿入物または取付け物３１２を含む。加工物２２の底部は水平表面３２０より上で、挿入物３１２上に載って、挿入物３１２によって支持される。図示された挿入物３１２は実質的にダイヤモンド形状のセラミック部品であるように示されるが、他の非導電性材料および構成が使用されることも可能である。

[0076]付け加えると、パッド３０８は加工物２２の外側表面または直径と係合して支持するように寸法を決められて構成された複数のさらなる非導電性挿入物または取付け物３２４を含む。図１７に示されるように、パッド３０８は、パッド３０８の末端の上側表面３３２で終わる概して垂直の表面３２８を含む。３個の非導電性挿入物３２４は概して垂直の表面３２８を超えて半径方向内方向に延びるように上側表面３３２に連結される。各々の挿入物３２４と加工物２２の外側表面との間に実質的線接触が生じ、加工物２２の外側表面は概して垂直の表面３２８に接触しないであろう。図１７に図示された実施形態では、挿入物３２４はセラミックの円筒である。異なる実施形態では、他の非導電性材料および構成が使用されてもよい。挿入物３１２と３２４は共に、加工物保持具１８が加工物２２を接地から電気的に絶縁するように加工物２２を支持する。

[0077]再度図１５および１６を参照すると、加工物保持具１８は、加工物がパッド２５４、３０８によって支持されるときに回転軸３０に沿った加工物２２の（例えば、上方向の）移動を阻止することに役立つ、加工物を固定するように動作可能な１つまたは複数の締め付け具３３６をさらに含む。図示された締め付け具３３６は外側周縁部に沿って空気式チャック２５０に接続され、パッド２４５、３０８の上端の上、および加工物２２の上側端面の上を回転軸３０に向かって半径方向内方向に延びる締め付け部材３４０を含む（図１６参照）。締め付け部材３４０は、やはり加工物２２を接地から電気的に絶縁するように、非導電性である締め付け部材３４０上の場所で加工物２２と係合する。図示された実施形態では、（締め付け部材３４０を含む）締め付け具３３６は非導電性のセラミック材料で作製される。他の実施形態で、常磁性材料が使用されてもよく、非導電性被覆が加工物２２と係合する締め付け部材３４０の端部に塗布されてもよい。図示された締め付け部材３４０は各々、加工物２２と係合する２つの離間された遠端突起３４６を含み、各々の締め付け部材３４０の残り部分は加工物と係合せず、磁性道具１４と干渉しない。締め付け具３３６の他の構成もやはり使用され得ることは理解されるべきである。さらに、所望であれば２個より多い締め付け具３３６が使用されてもよい。

[0078]図示された加工物保持具１８は装置１０と共に使用されてもよい加工物保持具の一例に過ぎない。例えば、従来式の三顎チャックが加工物２２を保持するために使用されてもよい。しかしながら、上記で述べられた加工物保持具１８が加工物２２の回転および移動を阻止するのに適しており、加熱中のいくつかの加工物２２の歪みを阻止するのに役立ち、加工物２２を接地から電気的に絶縁する能力に有利であることが見出された。

[0079]上記で述べられたように、加工物保持具１８は加工物２２の熱膨張または膨らみを収容するように設計されてもよい。焼入れのための加熱中に特定の加工物２２が受けるであろう熱膨張の量に応じて、磁性道具１４の表面５８と加工物２２の隣り合った表面との間の空隙Ｇを調節することで硬化層深さなどの所望の焼入れ特性を達成することもやはり望ましいと見込まれる。図１８は加工物２２の熱膨張を収容するように設計された１つの見込まれる磁石配列を図示しており、これは上記で検討された磁性道具（図９の磁性道具１３４に類似した磁性道具で示される）のいずれに使用されてもよい。特に、磁石６２は第１のまたは上側磁石６２ａと第１の磁石６２ａから半径方向にずれを持つ第２のまたは下側磁石６２ｂを有する磁石の積層セット（例えば対）によって各々形成されてもよい。言い換えると、磁石６２の円形配列全体に関して、上側磁石６２ａの配列が第１の軸方向位置で第１の磁気的直径を規定すると言ってもよく、これは第２の軸方向位置で下側磁石６２ｂの配列によって規定される第２の磁気的直径と異なる（例えばさらに小さい）。隙間Ｇを事実上一定に保つために、加工物２２は磁性道具１４に相対して上側の位置（図１８に実線で示される）で出発してもよく、それにより、加工物２２は上側磁石６２ａの配列と隣り合う。加工物２２の直径が熱膨張のせいで増大すると、磁性道具１４は、加工物２２が下側磁石６２ｂの配列と隣り合う（図１８に破線で示される）ように加工物２２に相対して動かされ（例えば持ち上げられ）てもよい。磁石６２ａと６２ｂの配列の間の半径のずれは予期される加工物２２の半径の増大と事実上同じであり、それにより、安定した焼入れが達成されることができる。

[0080]図１９は加工物２２の熱膨張を収容するための図１８に示された磁石配列と原理的に類似した代案の磁石配列を図示している。磁石６２は、個別磁石の積層セットを有するのではなく、第２の軸方向位置で磁石６２の下側部分により規定される第２の磁気的直径と異なる（例えば、さらに小さい）第１の磁気的直径を第１の軸方向位置で規定する上側部分を有するよう、図示のように造形または形成されてもよい。

[0081]図２０は加工物２２の熱膨張を収容するように設計された別の代案の磁石配列を概略で図示している。磁石６２の各々は、磁石６２の配列によって規定される磁気的直径を変えるために半径方向に移動可能となるように取り付けられる。図示された実施形態では、各々の磁石６２は曲げられるかまたは造形されて可動性（例えば枢動可能）のアーム３５０に連結される。アーム３５０は枢支点３５２の周りで枢動し、カム表面３５４（例えば円錐表面）と係合する。カム表面３５４は、加工物２２が膨張するとき望ましい隙間Ｇを維持または達成するために、磁石６２の望ましい半径方向移動を生じさせるようにアーム３５０に相対して軸３０の方向で調節されることができる。

[0082]図２１は別の配列の磁性道具３５８を図示しており、磁性道具３５８は、磁性道具３５８の本体の第１の、半径方向内側表面部分を規定する内側の磁石の環状体または配列Ｍｉ、および磁性道具３５８の本体の第２の、半径方向外側表面部分を規定する外側の磁石の環状体または配列Ｍｏを含む。内側と外側の磁石の環状体ＭｉとＭｏは上述したような交互の磁極を有する。内側の磁石の環状体Ｍｉは環形状の加工物２２の内側表面Ｗｉに近接し、その一方で外側の磁石の環状体Ｍｏは加工物２２の外側表面Ｗｏに近接する。内側と外側の磁石の環状体ＭｉとＭｏは、各々の磁石の環状体が加工物２２の環体の幅の半分を加熱し、加工物２２が（図２１で加工物２２の全面斜線部分により示されるように）無心焼入れされるように加工物２２に相対して回転させられる。加工物の外側表面Ｗｏが加工物の内側表面Ｗｉよりも長いという事実を補償するために、内側と外側の磁石の環状体ＭｉとＭｏは異なる速度で回転させられてもよく、異なる数の磁極を有してもよく、異なる速度で望ましいＲＰＭまで勾配を付けて上げられてもよく、かつ／または異なる時間の間望ましいＲＰＭで運転されてもよい。付け加えると、または場合によっては、空隙Ｇが変えられてもよい。

[0083]図２２は非無心焼入れ用途での磁性道具３５８の使用を概略で示す。加工物２２を無心焼入れすることなく内側と外側の加工物表面ＷｉとＷｏに焼入れ硬化層Ｃが形成されるように、磁石ＭｉとＭｏが寸法を決められる（すなわち磁場を有する）か、または磁性道具３５８が操作される。これは加工物２２のさらに展性のある内部といった結果につながるであろう。

[0084]磁性道具の磁石は、加工物２２の選択された（場合によっては離れた）領域を焼入れするように、異なる深さの硬化層Ｃを形成するように、またはさらに複雑な幾何学形状（すなわち全体的に円筒状でない）を有する加工物２２に硬化層を形成するように配置されることも可能である。図２３ａは加工物２２の下側部分に隣り合って配置された磁石の下側環状体Ｍ_Ｌおよび加工物２２の上側角に隣り合って配置された磁石の上側環状体Ｍ_Ｕを有する磁性道具３６２を概略で表わす。この構成は下側の焼入れ硬化層Ｃ_Ｌと上側の焼入れ硬化層Ｃ_Ｕを生じさせ、これらの間の領域は表面焼入れされた硬化層ではない。

[0085]図２３ｂは別の磁性道具３６６を概略で図示しており、これは加工物２２の望ましい表面焼入れを達成するように寸法決めされて構成される上側と下側の磁石環状体Ｍ_ＵとＭ_Ｌを有する。下側の表面焼入れ領域Ｃ_Ｌは上側の表面焼入れ領域Ｃ_Ｕより長い。これは上側の磁石環状体Ｍ_Ｕの実効軸長より長い実効軸長を有する下側の磁石環状体Ｍ_Ｌを使用することによって達成される。これは、一層長い磁石を下側の磁石環状体Ｍ_Ｌに使用することによって、または一層長い実効長を備えた下側の磁石環状体Ｍ_Ｌを作り出すように磁石を積層させることによって達成されてもよい。

[0086]図２４ａは加工物２２の軸長より小さい軸長を有する磁石環状体Ｍを備えた磁性道具３７０を概略で図示する。図示されるように、磁石環状体Ｍは加工物２２の軸長全体に延びない焼入れ硬化層Ｃを生じさせ、表面焼入れされる表面領域の上および／または下に焼入れされない表面領域を残すと予期される。

[0087]図２４ｂは図２４ａと反対の状況を示す。概略で図示された磁性道具３７４は加工物２２の軸長より大きい軸長を備えた磁石環状体Ｍを有する。図２４ｂに示されるように、この配列は加工物２２の軸長全体に延びる焼入れ硬化層Ｃを生じさせると予期される。

[0088]図２５は下側の磁石環状体Ｍ_Ｌが上側の磁石環状体Ｍ_Ｕの環体の幅より大きい環体の幅である磁性道具３７８概略で図示する。磁石環状体の環体の幅を変えることはより広い磁石環状体のためのより広い磁石を使用して、または半径方向に磁石を積層することによって達成されてもよい。図２５に示されるように、より広い磁石環状体は、２つの環状体が同じ速度で勾配を付けて上げられて、同じ望ましい速さで回転させられ、かつ同じ浸透時間を設けられる場合、より薄い磁石環状体よりさらに薄い硬化層深さＣ_Ｌを生じさせると予期される。

[0089]図２６ａ〜ｃは磁性道具内に造形された磁石Ｍを使用することから予期される結果を示している。図２６ａでは、磁石Ｍは概してＵ字形状であり、互いに軸方向に間隔を置く上側部分Ｍ_Ｕと下側部分Ｍ_Ｌを有する。磁石の上側部分Ｍ_Ｕは下側の磁石部分Ｍ_Ｌより軸方向で短くかつ半径方向で短い。見受けられるように、この磁石構成は上側の硬化層Ｃ_Ｕより軸方向で長くかつ半径方向で深い下側の硬化層Ｃ_Ｌを生じさせると予期される。

[0090]図２６ｂにおいて、磁石Ｍは所望の形状またはプロファイルを与えられた表面Ｓを有する。磁石表面Ｓに面する平坦な表面を備えた加工物２２で、表面Ｓの形状は、硬化層と心体との間の遷移Ｔが形状またはプロファイルにおいて加工物表面Ｓの形状に概して対応するであろう硬化層Ｃを生じさせると予期される。

[0091]図２６ｃに示されるように、造形された磁石Ｍは、加工物２２の造形された表面を表面焼入れするために使用されることもあり得る。この例では、磁石表面Ｓは焼入れされる表面のプロファイルに対応するプロファイルを有する。これは磁石Ｍと加工物表面との間の空隙を一定に維持し、加工物表面から実質的に一定の深さの焼入れ硬化層Ｃを生じさせるはずである。

[0092]誘導焼入れ操作中に磁性道具に使用される磁石は加熱されるであろうことは理解される。磁石はそのキュリー温度を超えればその磁気特性を失い、磁性道具はもはや有効ではなくなるであろう。したがって、いくつかの用途では、磁性道具内の磁石のために冷却システムを供給することが有用であり得る。図２７ａおよび２７ｂは上記に述べられた磁性道具のいずれかで組み入れられてもよい２つの見込まれる冷却システムを概略で図示する。図２７ａでは、磁性道具３８２は焼入れされる加工物２２に面する表面Ｓを有する複数の磁石Ｍ（１つだけが示される）を含む。本体部分５４と一体であってもよい壁３８６が環状の部屋３９０を規定し、かつ本体部分５４と熱伝達関係にある磁石Ｍの環状体と隣接する（すなわち表面Ｓの反対側表面に隣接する）。環状の部屋３９０は適切なシステムによって供給されて循環されることが可能な冷却剤３９４を含む。壁３８６は熱を伝達し易いアルミニウムなどの材料で作製される。壁３８６と冷却剤３９４は磁石Ｍをキュリー温度より下に保つために磁石Ｍから熱を吸収して磁石Ｍから熱を伝導で取り去る。

[0093]図２７ｂは代案の冷却システムを図示する。このシステムでは、磁性道具３９８は本体部分５４と一体であってもよい基部４０２を含み、これが磁石Ｍを受け入れる空腔４１０を規定する複数の間隔体４０６を含む。基部４０２は磁石Ｍの背後を通過する主要部分４１４ａ、および間隔体４０６の中に延びる指状部分４１４ｂを有する部屋４１４を含む。冷却剤４１８は部屋４１４の中に収容され、適切なシステムによって供給されて循環させられる。この冷却システムでもって、磁石Ｍは磁石Ｍから熱を引き出して取り去る基部４０２および冷却剤４１８と熱伝達関係にある３つの表面を有する。

[0094]磁性道具３８２と３９８は両方共に冷却剤に基づく冷却システムを有して示されるが、冷却システムは場合によって、または付加的に高い熱伝導係数を有する材料で作られた固体のヒートシンクを含んでもよく、これは磁石から熱を放射で取り去るためのフィンのような他の手段を含む。

[0095]図２８は上記で述べられた磁性道具のいずれかに応用されてもよいさらに別の改造例を図示する。特に、１つ以上の磁束集中器４２２が磁性道具内で磁石Ｍの近傍に配置されて望ましい磁場強化を達成してもよく、それによって所望の焼入れ効果を達成する。磁束集中器４２２は様々な合金スチール、粉末金属などから作られてもよい。付け加えると、符号化磁石、すなわち磁石表面を横断して変化する磁場で刷り込みされる磁石が、磁場を所望通りに変えるため、または修正するために使用されてもよい。

[0096]図２９は上記に述べられた磁性道具のうちの１つまたは複数と共に使用されてもよい渦電流導管４３０の使用を図解している。図２９に示されるように、磁性道具１３４は渦電流を表面１４６から渦電流導管４３０を通じて加工物４３８の表面４３４に導く、または伝導するために渦電流導管４３０と共に使用されてもよい。表面４３４によって規定される小径に起因して、焼入れされる小径の開口の中に適合するように磁性道具を構成することは実用的ではない、または可能ではないと見込まれる。小さい空間に配置可能な磁極の数は非常に限定される可能性があるので、必要な周波数を達成するために要求される回転速度は装置１０によって達成され得るそれより高い。そのような場合、導管４３０のような渦電流導管が特定用途のために設計されてもよい。

[0097]図示された渦電流導管４３０はケイ素鋼の薄板として形成される。回転する道具１３４によって作り出された渦電流は導管４３０により受け入れられ、これが次に他方で加工物４３８の表面４３４に渦電流を生じさせる。ケイ素鋼の薄板は特定の磁性道具および特定の加工物に適応するように機械加工または形成されてもよい。導管４３０の表面４４２は望ましい空隙Ｇを備えて表面１４６の外形に合うように形成され、その一方で導管４３０の表面４４６は望ましい空隙Ｇを備えて表面４３４の外形に合うように形成される。磁石配列の特定の構成について図１８、１９、および２１〜２６に関して上述されたのと同じ原理が導管４３０の表面４４６の形成に当てはめられてもよい。

[0098]導管４３０の個々の鋼板の薄板は導管４３０内で中心に置かれる締め付け用配列４５０によってまとめて掴まれて保持される。上側と下側の締め付け部材４５４と４５８はそれぞれ、１つまたは複数の留め具４６２によってまとめて保持される。導管４３０は任意の適切な方式で加工物保持具１８に取り付けられてもよい固定用支持体４６６によって支持される。図示された実施形態では、固定用支持体４６６、導管４３０、加工物保持具１８、および加工物４３８は、磁性道具１３４が回転している間すべて静止している。他の実施形態では、加工物保持具１８、固定用支持体４６６および導管４３０を回転させることによって磁性道具１３４と加工物４３８との間の相対的回転が達成されてもよい。

[0099]必要であれば導管４３０は冷却システムによって冷却されてもよい。当業者によって理解されるように、薄板から熱を取り去るために冷却剤が個々の薄板の間を循環させられてもよい。

[0100]図３０および３１は本発明を具現するさらに別の磁性道具４７０を図示する。磁性道具４７０は、磁石配列が異なること以外は多くの点で上述の磁性道具１３４と同様である。さらに特定すると、道具４７０の磁石配列は複数の個別永久磁石からなるのではなく、代わりに磁化されて交互の極性の領域４７８を供給する部材４７４の形をとる。領域４７８は個別磁石に代わるが、機能は実質的に個別磁石と同様である。すなわち、領域４７８は加工物２２に相対する部材４７４の回転を介して加工物２２の加熱を可能にする交互の極性の領域を供給する。

[0101]図３０および３１に示されるように、部材４７４は特定の用途に応じて望ましい形状に形成または機械加工される金属環状体の形をとる。この環状体は最大の形状選択性を可能にするために粉末金属から形成されてもよい。磁石配列の特定の構成について図１８、１９、および２１〜２６に関して上述されたのと同じ原理がこの環状体の形成および構成に当てはめられてもよい。付け加えると、図２７ａと２７ｂに関して上述されたのと同様の冷却システムが部材４７４と共に使用されてもよい。

[0102]いったん望ましい形状が達成されると、金属環状体は望ましい数の磁極を達成するために領域４７８の望ましい数と配向を供給するように磁化される。図３１に示されるように、部材４７４は４０個の領域を含み、各々が半径方向に配向したＮ−Ｓ軸を有する。隣り合う領域４７８は磁性道具１３４に関して述べられた配列と同様の効果を達成するように半径方向内向き方向に面する交互の磁極を有する。上記で詳しく述べられた多様な磁性道具のいずれかの特定の磁石配列と同様の効果を達成するための領域４７８の他の配向が部材４７４に適用され得ることは理解されるべきである。本願明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、「磁石配列」という用語は複数の個別永久磁石の使用、ならびに部材４７４のように磁化された部材、または上記で述べられた個別磁石構成のいずれかと同様に構成されてそれが達成するのと同様の効果を達成する領域を備えた他の磁化された部材の使用の両方を検討するように意図される。

[0103]磁化された後、部材４７４は１つまたは複数の留め具４８６を使用して磁性道具４７０の本体部分４８２に連結されてもよく、磁性道具４７０の表面４９０を規定する。各々が異なる数の磁極、異なる構成などを有する複数の異なる部材４７４が特定の焼入れ用途に応じた迅速かつ容易な交換のために持ち合わされてもよいことが理解されるべきである。場合によっては、部材４７４は他の適切な取付け方法を介して本体部分４８２に固定されてもよい。１つの代案の実施形態では、部材４７４は、上述された実施形態で個別磁石が中に配置される複数の空腔と同様に機能するように本体部分４８２内に規定された環状の溝の中に配置されてもよい。すなわち、この環状の溝は部材と表面との間に熱障壁を供給する薄壁部分を設けることができる。上記で述べられた蓋と同様の方式で、蓋が部材４７４を溝の中に固定することができる。

[0104]本発明の多様な特徴と利点は以下の特許請求の範囲に述べられる。

Claims (69)

1. 加工物の磁気誘導焼入れのための装置であって、
   磁性道具であって、
   全体的に非磁性材料で形成され、焼入れされる前記加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する本体部分、および
   前記本体部分の前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された磁石配列
   を有する磁性道具と、
   前記加工物を前記磁性道具の前記表面に近接して支持するように構成された加工物保持具と、
   回転軸の周りで前記磁性道具を前記加工物保持具に相対して回転させることにより、前記加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた前記加工物の焼入れに結び付く温度を達成させるように前記加工物の加熱を引き起こすための駆動配列とを含む装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記加工物保持具に支持されている間に前記加熱した加工物を急冷するように動作可能な急冷システムをさらに含む装置。
3. 請求項２に記載の装置において、前記磁性道具および前記加工物保持具が前記加工物を加熱するための第１の位置と前記加工物を急冷するための第２の位置との間で回転軸に平行する方向に互いに相対して移動可能である装置。
4. 請求項２に記載の装置において、前記急冷システムが、前記加工物に急冷媒体を降り注ぐために前記加工物を取り囲む急冷用カラーを含む装置。
5. 請求項２に記載の装置において、前記急冷システムが、少なくとも部分的に前記加工物内に配置されるように前記加工物保持具に連結された導管を含む装置。
6. 請求項５に記載の装置において、前記本体部分の前記表面が前記加工物に近接して配置されると、前記磁性道具の前記本体部分が前記導管の少なくとも一部を受け入れるように寸法を決められて構成された凹部を含む装置。
7. 請求項２に記載の装置において、前記急冷システムが前記磁性道具と一体化される装置。
8. 請求項７に記載の装置において、前記磁性道具の前記本体部分が、急冷用媒体が通って流れる導管を規定する装置。
9. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が、前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された複数の永久磁石を含む装置。
10. 請求項９に記載の装置において、前記本体部分が、その内部に形成され、前記本体部分の壁部分が前記表面と複数の空腔の各々との間に規定されるように前記表面から離間された前記複数の空腔を含み、前記複数の磁石の各々が前記複数の空腔のそれぞれ１つの中に配置される装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、前記壁部分が１．２７ｍｍ（０．０５インチ）より小さい厚さである装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、前記壁部分が約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）の厚さである装置。
13. 請求項９に記載の装置において、前記本体部分がその内部に形成された複数の空腔を含み、前記複数の磁石の各々が、前記複数の磁石の各々の表面が露出させられることで前記本体部分の前記表面を少なくとも部分的に規定するように前記複数の空腔のそれぞれ１つの中に配置される装置。
14. 請求項１に記載の装置において、前記本体部分の前記表面が環状の加工物の内側表面を誘導焼入れするために構成された半径方向外向きに面する円周表面である装置。
15. 請求項１に記載の装置において、前記本体部分の前記表面が環状の加工物の外側表面を誘導焼入れするために構成された半径方向内向きに面する円周表面である装置。
16. 請求項１に記載の装置において、前記本体部分の前記表面が環状の加工物の端面を誘導焼入れするために構成された軸方向に面する表面である装置。
17. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が前記加工物の加熱中の熱膨張を収容するように構成される装置。
18. 請求項１７に記載の装置において、前記磁石配列が第１の軸方向位置で第１の磁気的直径を規定し、第２の軸方向位置で第２の異なる磁気的直径を規定する装置。
19. 請求項１７に記載の装置において、前記磁石配列が、前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の前記領域を供給するように構成された複数の永久磁石を含み、前記複数の磁石が前記磁石によって規定される磁気的直径を変えるように半径方向に移動可能である装置。
20. 請求項１に記載の装置において、前記磁性道具が前記本体部分に連結された取付け部分を含み、前記取付け部分が主軸に受け入れられるように寸法を決められて構成された取付け軸を含み、前記駆動配列が前記主軸を回転させるように動作可能な駆動ユニットを含む装置。
21. 請求項２０に記載の装置において、前記取付け軸および前記複数の磁石が約０．１０１６ｍｍ（０．００４インチ）以下の同心度を有する装置。
22. 請求項１に記載の装置において、前記本体部分が低い透磁率を有する材料で作製される装置。
23. 請求項２２に記載の装置において、前記本体部分がアルミニウムおよびオーステナイト系ステンレス鋼のうちの一方で作製される装置。
24. 請求項１に記載の装置において、前記磁性道具が少なくとも１つの磁束集中器をさらに含む装置。
25. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が、各々がＮ−Ｓ軸を有する複数の領域を含み、前記複数の領域の各々のＮ−Ｓ軸が概して半径方向および概して軸方向のうちの少なくとも一方に延びるように前記磁石配列が配置される装置。
26. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が、各々がＮ−Ｓ軸を有する複数の領域を含み、前記複数の領域の各々のＮ−Ｓ軸が概して円周方向に延びるように前記磁石配列が配置される装置。
27. 請求項１に記載の装置において、前記本体部分の前記表面が環形状の加工物の内側表面に近接するように構成された第１の半径方向内側表面部分、および前記環形状の加工物の外側表面に近接するように構成された第２の外側表面部分を含む装置。
28. 請求項２７に記載の装置において、前記加工物が無心焼入れされる装置。
29. 請求項２７に記載の装置において、焼入れ硬化層が前記環形状の加工物前記内側および外側表面上に形成される装置。
30. 請求項１に記載の装置において、前記加工物保持具が、前記回転軸の周りでの前記加工物の回転を阻止するため、および前記加工物が前記回転軸に沿って移動することを阻止するために十分な締め付け力で前記加工物を支持する装置。
31. 請求項３０に記載の装置において、前記加工物保持具が、前記回転軸の周りでの前記加工物の回転を阻止するために前記加工物を固定するように動作可能な複数のパッドを含む装置。
32. 請求項３１に記載の装置において、前記パッドの各々が、前記加工物が載る突起を含む装置。
33. 請求項３１に記載の装置において、各々のパッドと前記加工物との間の係合が電気的に非伝導性である前記パッド上の場所で生じる装置。
34. 請求項３３に記載の装置において、前記場所が非導電性材料で被覆される装置。
35. 請求項３３に記載の装置において、前記場所が前記パッドに連結された非導電性の挿入物によって規定される装置。
36. 請求項３１に記載の装置において、前記パッドの各々が締め付け方向に圧迫され、前記加工物の熱膨張が前記圧迫と反対方向への移動を可能にされた前記パッドによって収容される装置。
37. 請求項３０に記載の装置において、前記加工物保持具が前記回転軸に沿った前記加工物の移動を阻止するために前記加工物を固定するように動作可能な締め付け具を含む装置。
38. 請求項３７に記載の装置において、前記締め付け具と前記加工物との間の係合が前記締め付け具上の電気的に非伝導性である場所で生じる装置。
39. 請求項３８に記載の装置において、前記場所が非導電性材料で被覆される装置。
40. 請求項３８に記載の装置において、前記締め付け具が非導電性材料で作製される装置。
41. 請求項１に記載の装置において、前記加工物保持具が前記加工物を接地から電気的に絶縁する装置。
42. 請求項１に記載の装置において、前記加工物保持具が前記加工物の熱膨張を収容する方式で前記加工物を支持する装置。
43. 請求項１に記載の装置において、前記加工物保持具が前記磁性道具の前記表面から離間した距離に前記加工物を支持し、前記距離が約１．７７８ｍｍ（０．０７インチ）未満である装置。
44. 請求項４２に記載の装置において、前記距離が約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）から約１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）である装置。
45. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が十分な数の磁極（ｎＰ）を規定し、かつ前記駆動配列が等式Ｈｚ＝（ｎＰ×ＲＰＭ）／６０に従って少なくとも５ｋＨｚの周波数を達成するために十分な速度（ＲＰＭ）で前記加工物保持具に相対して前記磁性道具を回転させる装置。
46. 請求項４５に記載の装置において、前記周波数が５ｋＨｚと２１ｋＨｚとの間である装置。
47. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が前記加工物にとって望ましい表面焼入れプロファイルに対応する望ましい形状の表面プロファイルを規定する装置。
48. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が前記加工物の表面プロファイルに対応する望ましい形状の表面プロファイルを規定する装置。
49. 請求項１に記載の装置において、前記磁石配列が複数の磁性領域を含むように磁化される部材を含み、前記磁性領域が交互の極性の前記領域を規定する装置。
50. 請求項４９に記載の装置において、前記磁化される部材が前記本体部分に接続された環状体であり、前記環状体が前記表面を規定する装置。
51. 請求項１に記載の装置において、前記表面に隣り合って配置され、前記磁性道具から前記加工物の表面へと渦電流を伝導するように構成された渦電流導管をさらに含む装置。
52. 請求項５１に記載の装置において、前記渦電流導管がケイ素鋼の薄板を含む装置。
53. 加工物の磁気誘導焼入れのための装置であって、
    磁性道具であって、
    全体的に非磁性材料で形成され、焼入れされる前記加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する本体部分、および
    前記本体部分の前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された複数の永久磁石
    を有する磁性道具と、
    前記加工物を前記磁性道具の前記表面に近接して支持するように構成された加工物保持具と、
    回転軸の周りで前記磁性道具を前記加工物保持具に相対して回転させることにより、前記加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた前記加工物の焼入れに結び付く温度を達成させるように前記加工物の加熱を引き起こすための駆動配列とを含み、
    前記本体部分が、その内部に形成され、前記本体の壁部分が前記表面と前記複数の空腔の各々との間に規定されるように前記表面から離間された複数の空腔を含み、前記複数の磁石の各々が前記複数の空腔のそれぞれ１つの中に配置される装置。
54. 請求項５３に記載の装置において、前記壁部分が１．２７ｍｍ（０．０５インチ）未満の厚さである装置。
55. 請求項５４に記載の装置において、前記壁部分が約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）の厚さである装置。
56. 加工物の磁気誘導焼入れのための装置であって、
    磁性道具であって、
    全体的に非磁性材料で形成され、焼入れされる前記加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する本体部分、および
    前記本体部分の前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された磁石配列
    を有する磁性道具と、
    前記加工物を前記磁性道具の前記表面に近接して支持するように構成された加工物保持具と、
    回転軸の周りで前記磁性道具を前記加工物保持具に相対して回転させることにより、前記加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた前記加工物の焼入れに結び付く温度を達成させるように前記加工物の加熱を引き起こすための駆動配列とを含み、
    前記加工物保持具が、前記回転軸の周りでの前記加工物の回転を阻止するように、かつ前記回転軸に沿った前記加工物の移動を阻止するように前記加工物を支持し、その一方で前記加工物保持具内の前記加工物の熱膨張を収容する装置。
57. 請求項５６に記載の装置において、前記加工物保持具が前記加工物を電気的に接地から絶縁する装置。
58. 請求項５６に記載の装置において、前記加工物保持具が、前記回転軸の周りでの前記加工物の回転を阻止するために前記加工物固定するように動作可能な複数のパッドを含む装置。
59. 請求項５８に記載の装置において、前記パッドの各々が、前記加工物が載る突起を含む装置。
60. 請求項５８に記載の装置において、各々のパッドと前記加工物との間の係合が電気的に非伝導性である前記パッド上の場所で生じる装置。
61. 請求項６０に記載の装置において、前記場所が非導電性材料で被覆される装置。
62. 請求項６０に記載の装置において、前記場所が前記パッドに連結された非導電性の挿入物によって規定される装置。
63. 請求項５８に記載の装置において、前記パッドの各々が締め付け方向に圧迫され、前記加工物の熱膨張が前記圧迫と反対方向への移動を可能にされた前記パッドによって収容される装置。
64. 請求項５６に記載の装置において、前記加工物保持具が前記回転軸に沿った前記加工物の移動を阻止するために前記加工物を固定するように動作可能な締め付け具を含む装置。
65. 請求項６４に記載の装置において、前記締め付け具と前記加工物との間の係合が電気的に非伝導性である前記締め付け具上の場所で生じる装置。
66. 請求項６５に記載の装置において、前記場所が非導電性材料で被覆される装置。
67. 請求項６５に記載の装置において、前記締め付け具が非導電性材料で作製される装置。
68. 加工物の磁気誘導焼入れのための装置であって、
    磁性道具であって、
    全体的に非磁性材料で形成され、焼入れされる前記加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する本体部分、および
    前記本体部分の前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成され、それによっていくつかの磁極（ｎＰ）を規定する磁石配列
    を有する磁性道具と、
    前記加工物を前記磁性道具の前記表面に近接して支持するように構成された加工物保持具と、
    回転軸の周りで前記磁性道具を前記加工物保持具に相対して或る速度（ＲＰＭ）で回転させることにより、前記加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた前記加工物の焼入れに結び付く温度を達成させるように前記加工物の加熱を引き起こすための駆動配列とを含み、
    等式Ｈｚ＝（ｎＰ×ＲＰＭ）／６０に従って少なくとも５ｋＨｚの周波数が達成される装置。
69. 加工物の磁気誘導焼入れのための装置であって、
    磁性道具であって、
    全体的に非磁性材料で形成され、焼入れされる前記加工物に近接して配置されるように構成された表面を有する本体部分、および
    前記本体部分の前記表面でまたはそれに隣り合って前記本体部分に連結され、交互の極性の領域を供給するように構成された複数の永久磁石
    を有する磁性道具と、
    前記加工物を前記磁性道具の前記表面に近接して支持するように構成された加工物保持具と、
    回転軸の周りで前記磁性道具を前記加工物保持具に相対して回転させることにより、前記加工物のオーステナイト領域に微細構造の変化を通じた前記加工物の焼入れに結び付く温度を達成させるように前記加工物の加熱を引き起こすための駆動配列と、
    前記加熱された加工物をそれが前記加工物保持具によって支持されている間に急冷するように動作可能な急冷システムとを含む装置。

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