JP2015108188A - 誘導加熱装置及び方法並びに熱処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する際に、加熱コイルの交換が不要な誘導加熱装置及び方法並びに熱処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】誘導加熱装置２０が、ワーク１０の大径部１１よりも大きい径を有するリング状の一次コイル２２と、ワーク１０の小径部１２よりも大きくかつ大径部１１よりも小さい径を有するリング状の二次コイル２３と、一次コイル２２が二次コイル２３の径方向外側に位置する状態で、ワーク１０の軸方向への一次コイル２２の移動に同期させて二次コイル２３を移動させる同期手段２６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する誘導加熱装置及び方法並びに熱処理装置及び方法に関する。

大径部と小径部とが同軸状に隣接して成る棒状又は円筒状の部品がある。このような部品は大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークに熱処理を施すことにより製造される。

熱処理としてワークに焼入れ処理を施す際、ワークの大径部の寸法よりも大きいリング状の第１加熱コイルと、ワークの小径部の寸法よりも大きいリング状の第２加熱コイルとが用いられる。この場合、第１加熱コイルをワークの大径部の周面と対向するように第１加熱コイルを配置して、電力供給装置から第１加熱コイルに高周波電流を流すことにより、ワークの大径部の外周領域を誘導加熱する。また、第２加熱コイルをワークの小径部の周面と対向するように配置して、電力供給装置から第２加熱コイルに高周波電流を流すことにより、ワークの小径部の外周領域を誘導加熱する。

長尺のワークでは、加熱部分を冷却するために加熱コイルに追従させた冷却ジャケットから冷却液を噴射することが行われている。特許文献１のように、往復動する加熱コイルの場合、前後両側に冷却ジャケットを配置し、加熱コイルの進行方向後側の冷却ジャケットだけを動作させることもある。

実公昭５８−３７９４４号公報

大径部と小径部とを有するワークの誘導加熱方法では、ワークの大径部に対して第１加熱コイルを配置し第１加熱コイルに通電する工程と、ワークの小径部に対して第２加熱コイルを配置し、第２加熱コイルに通電する工程と、が含まれる。そのため、第１加熱コイルをワークの大径部に対して設置して第１加熱コイルと電力供給装置とを配線し、これとは別に、第２加熱コイルをワークの小径部に対して設置して第２加熱コイルと電力供給装置とを配線する必要があり、第１加熱コイルの設置の段取りと第２加熱コイルの設置の段取りとをそれぞれしなければならない。つまり、第１加熱コイルと第２加熱コイルの交換、即ち所謂段取り替えが必要になるため、作業者による作業工程が多くなり、効率的な作業を行えない。

そこで、本発明は、大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する際に、加熱コイルの交換を不要とする誘導加熱装置及び方法並びに熱処理装置及び方法とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を採用する。
〔１〕大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する誘導加熱装置であって、前記ワークの大径部よりも大きい径を有するリング状の一次コイルと、前記ワークの小径部よりも大きくかつ前記大径部よりも小さい径を有するリング状の二次コイルと、前記一次コイルが前記二次コイルの径方向外側に位置する状態で、前記ワークの軸方向への前記一次コイルの移動に同期させて前記二次コイルを移動させる同期手段と、を備える、誘導加熱装置。
〔２〕前記〔１〕に記載の誘導加熱装置と、前記ワークを支持する支持機構と、前記一次コイルに対して軸方向後段側に設けられ該一次コイルと同期して移動する冷却ジャケットと、を備える、熱処理装置。
〔３〕前記〔１〕に記載の前記誘導加熱装置と、前記大径部の両端に前記小径部を有して成るか前記小径部の両端に前記大径部を有して成る前記ワークを支持する支持機構と、前記一次コイルに対して軸方向両側に設けられ該一次コイルと同期して移動する冷却ジャケットと、を備える、熱処理装置。
〔４〕大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する誘導加熱方法であって、前記ワークの大径部の周面から離間してリング状の一次コイルを配置し、前記ワークの小径部の周面から離間してリング状の二次コイルを配置しておき、前記一次コイルを前記ワークの軸方向に移動させながら、前記一次コイルに高周波電流を流すことにより前記大径部を加熱し、次に、前記一次コイルを前記ワークの軸方向に移動させることにより、前記二次コイルの外側に前記一次コイルを位置させ、続いて、前記一次コイル及び前記二次コイルを同期させて前記ワークの軸方向に移動させながら、前記一次コイルに高周波電流を流すことで前記二次コイルを介して二次誘導により前記小径部を加熱する、誘導加熱方法。
〔５〕 大径部、小径部の何れか一方が中間部を形成し、かつ前記中間部を形成しない大径部、小径部の何れか他方が両方の端部を形成することで、前記中間部と前記両方の端部とが同軸上に隣接して成るワークを誘導加熱する方法であって、
前記小径部を構成する前記中間部の周面又は前記両方の端部のそれぞれの周面から離間して二次コイルを配置するステップと、前記二次コイルの径方向外側に前記一次コイルを位置させ、前記一次コイル及び前記二次コイルを同期させて、前記ワークの軸方向に沿って移動させながら、前記一次コイルに高周波電流を流すことで前記二次コイルを介して二次誘導により前記小径部を加熱するステップと、を含む、誘導加熱方法。

本発明の誘導加熱装置及び熱処理装置によれば、一次コイルが二次コイルの径方向外側に位置する状態で一次コイルをワークの軸方向へ移動するに伴い、同期手段によって二次コイルが同じ方向に移動する。よって、一次コイルがワークの大径部の外周面から離間する領域にあるときは、一次コイルに高周波電流を流すことでワークの大径部を誘導加熱することができ、二次コイルがワークの小径部の外周面から離間する領域にありかつ一次コイルの内側にあるときは、一次コイルに高周波電流を流すことで二次コイルを経由しワークの小径部を二次誘導により加熱することができる。よって、大径部を誘導加熱するための加熱コイルと、小径部を誘導加熱するための加熱コイルを別々に用意し、何れか一方の加熱コイルだけをワークに対して設置してワークを誘導加熱し、その後、他方の加熱コイルに交換する必要がない。これにより、加熱コイルの段取り替えをする作業が不要になる。

本発明の誘導加熱方法及び熱処理方法によれば、一次コイルと二次コイルをワークに対して同時に別々の箇所に配置しかつ一次コイルをワークの軸方向に移動させることにより、二次コイルを一次コイルの移動に同期させて移動させることができる。これにより、大径部を誘導加熱するための加熱コイルと、小径部を誘導加熱するための加熱コイルを別々に用意し、何れか一方の加熱コイルだけをワークに対して設置してワークを誘導加熱し、その後、他方の加熱コイルに交換する必要がない。これにより、加熱コイルの段取り替えをする手間が省略できる。

本発明によれば、加熱コイルの交換を行うことなく、大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを作業効率良く誘導加熱することができる。

本発明の第１実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。 図１に示す一次コイルを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。 図１に示す二次コイルの斜視図である。 図１に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。 図５に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。 図７に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の前半を説明するための図である。 図７に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の後半を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。 図１０に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の前半を説明するための図である。 図１１に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の後半を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
（ワーク）
本発明の各実施形態において、加熱対象となるワークについて説明する。ワーク１０は、図１に示すように、中心軸に沿って大径部１１と小径部１２とが同軸状に隣接し連続して構成されている。大径部１１は直径ｄ１を有し、小径部１２は直径ｄ２を有する。大径部１１と小径部１２とは中心軸に垂直な段部１３を介在して隣接している。すなわち、段部１３は内径ｄ１で外径ｄ２の円環状を呈している。

（誘導加熱装置及び熱処理装置）
図１は本発明の第１実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。第１実施形態に係る誘導加熱装置２０は熱処理装置２０Ａに組み込まれており、ワーク１０の大径部１１及び小径部１２を誘導加熱したり熱処理したりするために用いられる。誘導加熱装置２０は、図１に示すように、加熱コイル２１及び同期手段２６を備えている。

加熱コイル２１は、一次コイル２２と二次コイル２３とからなる。一次コイル２２は、大径部１１よりも大きい径を有しリング状を呈している。二次コイル２３は、小径部１２よりも大きくかつ大径部１１よりも小さい径を有しリング状を呈している。二次コイル２３は、段部１３よりも内側に収まる外径を有するように設計されることが好ましい。

図２は図１に示す一次コイルを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。一次コイル２２は、平面視でリング状を呈する例えば２ターンの巻線部２２ａに対して、リード２２ｂ及び２２ｃが取り付けられて構成されている。リード２２ｂ，２２ｃはトランス（図示せず）を介在して電力供給装置２７に接続される。

図３は図１に示す二次コイルの斜視図である。二次コイル２３は、両端２３ａ，２３ｂが近接した円環状であり、各端２３ａ，２３ｂ同士がスリット２３ｃを形成している。一次コイル２２の内側に二次コイル２３がある状態において、一次コイル２２に高周波電流が流れると二次コイル２３に誘導電流が流れる。これにより、二次コイル２３の誘導電流によりその内側にあるワーク１０の小径部１２の外周領域が二次誘導され易くなる。

一次コイル２２は、ワーク１０に対してセッティングする際には、ワーク１０の大径部１１の周面から離間して配置され、ワーク１０の軸方向に沿って第１駆動機構２４により移動する。二次コイル２３は、ワーク１０へセッティングする際には、ワーク１０の小径部１２の周面から離間して配置され、ワーク１０の軸方向に沿って第２駆動機構２５により移動する。

一次コイル２２と二次コイル２３とはワーク１０に対してセットされたときにはワーク１０の軸方向に離れて配置される。第１駆動機構２４により一次コイル２２が軸方向に沿って移動し、一次コイル２２が二次コイル２３の径方向外側で重なり合う領域に移動してくると、同期手段２６が第１駆動機構２４からの信号を受けて第２駆動機構２５を作動させ、二次コイル２３を一次コイル２２の移動に同期させて同じ方向に移動させる。よって、二次コイル２３は一次コイル２２の移動と共に同じ速度で移動する。

従って、一次コイル２２がワーク１０に対してどの位置にあるかに応じて、一次コイル２２への高周波電力の供給を制御することにより、ワーク１０の大径部１１及び小径部１２の各外周領域に対して軸方向に沿って連続的にも非連続的にも誘導加熱することができる。

これにより、ワーク１０の大径部１１に対して大径部用加熱コイルをセットし大径部用加熱コイルに電力供給装置から高周波電流を供給し、これとは別に、ワーク１０の小径部１２に対して小径部用加熱コイルをセットし小径部用加熱コイルに電力供給装置から高周波電流を供給する必要性がなくなる。よって、ワーク１０の加熱領域毎に複数の加熱コイルを準備しておき、各加熱コイルを交換してセットし直す必要がない。

また、ワーク１０の大径部１１の外周領域を誘導加熱する際の電力供給装置２７から見た負荷は、ワーク１０の小径部１２の外周領域を誘導加熱する際の電力供給装置２７から見た負荷と比べ大きく変化しないため、周波数の調整や負荷整合を取り直す必要がない。

さらに好ましくは、図１に示すように、誘導加熱装置２０を備える熱処理装置２０Ａは、一次コイル２２の後段に冷却ジャケット２８を備える。そして第１駆動機構２４が一次コイル２２をワーク１０の軸方向へ移動するのと同時に、冷却ジャケット２８を同一の方向に移動する。図１に示すように、冷却ジャケット２８はワーク１０の大径部１１を囲むように円環状を呈しており、内側には斜め後方に向くように傾斜面２８ａが周状に設けられている。

よって、ワーク１０の大径部１１及び小径部１２が加熱コイル２１により誘導加熱されていた領域に対し、傾斜面２８ａから冷却液を斜め後方に向けて噴射させることができる。冷却ジャケット２８がこのような傾斜面２８ａを有することで、一次コイル２２及び二次コイル２３に冷却液が可及的に噴射されない。よって、加熱コイル２１の寿命をより延ばすことができる。

（誘導加熱方法及び熱処理方法）
以下、図１に示す誘導加熱装置２０を用いてワーク１０を誘導加熱する方法について説明する。図４は、図１に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法を説明するための図である。図４の（ａ）〜（ｄ）では、ワーク１０の中心軸Ｌより左側だけを示している。図１に示すように、先ず、熱処理の対象となるワーク１０を鉛直方向に沿って配置し、ワークの小径部１２が大径部１１よりも上方となるようにする。この状態において、ワーク１０の大径部１１から離間する位置に一次コイル２２を配置すると共に、ワーク１０の小径部１２から離間する位置に二次コイル２３を配置する。その際、一次コイル２２の下側に冷却ジャケット２７を設置することが好ましい。そして、一次コイル２２にトランスを経由して電力供給装置２７を接続する。

この状態から、図４（ａ）に示すように、第１駆動機構２４により一次コイル２２と冷却ジャケット２８を同時にワーク１０の軸方向である上方向に移動させ、一次コイル２２に高周波電流を流す。すると、ワーク１０の大径部１１の外周領域のうち一次コイル２２の内周面と向き合う領域が、順に誘導加熱され、冷却ジャケット２８から冷却液が噴射されることで、焼入処理等の熱処理が施される。なお、図４では熱処理される領域を符号１５で示している。

その後、図４（ｂ）に示すように、一次コイル２２が段部１３を通過して二次コイル２３の径方向外側に移動する。この状態では、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８からの冷却液の噴射とを停止する。

その後、同期手段２６が第１駆動手段２４からの信号により第２駆動手段２５を作動させる。よって、第２駆動手段２５によって二次コイル２３が軸方向に沿って一次コイル２２の移動方向と同じ方向に向けて移動を開始する。それと共に、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８からの冷却液の噴射とが再開される。すると、図４（ｃ）に示すように、小径部１２にも軸方向に沿って熱処理領域が順に延びる。

図４（ｄ）に示すように、小径部１２の先端部側に一次コイル２２及び二次コイル２３が到達すると、電力供給装置２７から一次コイル２２への高周波電流の供給を停止し、熱処理領域の端部まで冷却液が噴射されると、冷却ジャケット２８からの冷却液の噴射を停止する。

その後、第１駆動手段２４及び第２駆動手段２５による一次コイル２２及び二次コイル２３の移動を停止する。

このように、本発明の第１実施形態では、ワーク１０の大径部１１の周面から離間してリング状の一次コイル２２を配置し、小径部１２の周面から離間してリング状の二次コイル２３を配置する。
そして、一次コイル２２をワーク１０の軸方向に移動させながら、一次コイル２２に高周波電流を流すことで、大径部１１の外周領域を加熱する。
次に、一次コイル２２をワーク１０の軸方向に移動させることで、二次コイル２３の径方向外側に一次コイル２２を位置させる。
続いて、一次コイル２２及び二次コイル２３を同期させてワーク１０の軸方向に移動させながら、一次コイル２２に高周波電流を流すことにより、二次コイル２３を介して二次誘導により小径部１２の外周領域を加熱する。

よって、一次コイル２２と二次コイル２３をワーク１０の各位置に対して同時に設置し、先ず、一次コイル２２により大径部１１だけを誘導加熱し、一次コイル２２の移動に伴い二次コイル２３の径方向外側に一次コイル２２を位置させる。そして、一次コイル２２の移動に同期させて二次コイル２３を移動させる。その際には一次コイル２２の内側には二次コイル２３が必ず存在するので、一次コイル２２に高周波電流を流すことにより二次コイル２３を経由してワーク１０の小径部１２を誘導加熱する。

好ましくは、一次コイル２２が二次コイル２３の径方向外側に位置するようになった状態で、一次コイル２２に高周波電流を流すことにより、大径部１１と小径部１２との境目の段部１３の領域及びその近傍を二次誘導により加熱してもよい。これにより、ワーク１０の大径部１１から小径部１２まで連続した領域を熱処理することができる。

さらには、一次コイル２２が二次コイル２３の径方向外側に位置する状態において、一次コイル２２の移動を所定時間の間停止させてもよい。このとき、一次コイル２２に高周波電流を流しておくことで、段部１３の領域及びその近傍を所望の温度まで誘導加熱することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態とは同期手段の点で異なっている。図５は、第２実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。第２実施形態に係る誘導加熱装置３０は熱処理装置３０Ａに組み込まれており、第１実施形態のそれと基本的な思想は同じであるので、同一又は対応する要素については同一の符号を付しその説明を省略する。

同期手段は、一次コイル２２及び二次コイル３３の少なくとも一方に設けた係合部３６で構成される。これにより、一次コイル２２が二次コイル３３の外側に移動してきたとき、係合部３６が係合部３６を有さない一次コイル２２又は二次コイル３３と係合することにより、即ち係合部３６によって一次コイル２２と二次コイル３３とが係合することにより、ワーク１０の軸方向への一次コイル２２の移動に伴って、二次コイル３３がワーク１０の軸方向に移動する。

第２実施形態に係る誘導加熱装置３０では、加熱コイル３１が一次コイル２２と二次コイル３３とで構成され、一次コイル２２が第１駆動機構２４でワーク１０の軸方向に移動する点、同期手段によって一次コイル２２の移動に同期して二次コイル３３を移動する点、好ましい形態では冷却ジャケット２８が設けられ、冷却ジャケット２８が一次コイル２２に追従して移動する点で共通している。

誘導加熱装置３０では、図１に示す第２駆動機構２５を備えておらず、具体的な同期手段が異なる。すなわち、第２実施形態にあっては、一次コイル２２には鉛直方向の上端又は下端に、係合部３６が巻線部２２ａよりも内側に突出して設けられている。図５では、係合部３６が一次コイル２２の下端に設けられている場合を示している。二次コイル３３はワーク１０の太径部１１よりも外側に大きく寸法選定され、二次コイル３３の下端が一次コイル２２に設けた係合部３６と接触して、一次コイル２２がワーク１０の軸方向へ移動するに伴って、二次コイル３３が同じ方向に同期して移動する。

図５に示す形態とは逆に、図示を省略するが、二次コイル３３の一端、例えば上端に、巻線部の外側に張り出した、例えば鍔状の係合部を設け、この係合部で一次コイル２２と接触させるようにしてもよい。

さらには、一次コイル２２と二次コイル３３との何れにも係合部をそれぞれ設け、各係合部を係合させることにより、一次コイル２２の移動に伴って同期して二次コイル３３が移動するようにしてもよい。

これらのように、係合部は、二次コイル３３が一次コイル２２に連動して同期して移動するために設けられる。何れの態様であっても、係合部は巻線部と絶縁されており、電力供給装置３７から供給される高周波電流やそれにより生じる誘導電流の影響を受けないようにする。

また、図５に示すように、二次コイル３３には、ワーク１０の段部１３に向うように円環状に張り出した突条部３３ａを設けてもよい。二次コイル３３をワーク１０の小径部１２に対向するように、かつ、段部１３に最も近い領域であって突条部３３ａがワーク１０の大径部１１と小径部１２と連続している部位に対向するように、ワーク１０にセットすることで、突条部３３ａが有効に作用する。

すなわち、一次コイル２２が二次コイル３３の径方向外側に移動してきたときであって、一次コイル２２に高周波電流を流すと二次コイル３３に誘導電流が流れ、その結果、突条部３３ａにより小径部１２の付け根にも二次誘導による誘導電流が流れる。これにより、小径部１２の付け根の部位を効率良く昇温させることができる。このような突条部３３ａは第１実施形態でも適用することができる。

図６は第２実施形態に係る誘導加熱装置３０を用いた誘導加熱方法を示す図である。図４に示す場合と異なり、一次コイル２２が二次コイル３３の外側に位置する状態でも、一次コイル２２に高周波電流を流す場合を示している。そのため、図６（ｂ）に示すように、大径部１１と小径部１２の間に在る段部１３の領域及びその近傍が二次誘導により加熱される。よって、図６（ａ）乃至（ｄ）の流れに沿って、ワーク１０の大径部１１から小径部１２に沿って連続した領域を熱処理することもできる。

段部１３及びその近傍において加熱すべき領域が第１実施形態に比べ大きいため、一次コイル２２が段部１３を通過して二次コイル２３の径方向外側に位置させた際、高周波電流を流した状態で一次コイル２２の移動を所定時間の間停止させてもよい。これにより段部１３の領域及びその近傍を所望の温度まで誘導加熱することができる。

なお、第１実施形態で説明したその他の誘導加熱方法を第２実施形態に係る誘導加熱装置３０でも行うことができる。

［第３実施形態］
図７ないし図９を参照して第３実施形態について説明する。第１実施形態及び第２実施形態では小径部が大径部の一端に設けられているが、第３実施形態では小径部が大径部の両端に設けられている。それゆえワークの配置、一次コイルの動作、二次コイルの数が異なる。図７は、第３実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。第３実施形態に係る誘導加熱装置４０は、熱処理装置４０Ａに組み込まれており、第１及び第２実施形態のそれらと基本的な思想は同じであるので、同一又は対応する要素については同一の符号を付しその説明を省略する。

ワーク１０は、大径部１１の軸方向の両端に小径部１２をそれぞれ備えている。すなわち、ワーク１０は、大径部１１の一端に一方の小径部１２Ｒが隣接し、大径部１１の他端に他方の小径部１２Ｌが隣接し、大径部１１、一方の小径部１２Ｒ及び他方の小径部１２Ｌが同軸状に設けられて成る。つまり、ワーク１０は、大径部１１が中間部を形成し、かつ中間部を形成しない小径部１２Ｌ，１２Ｒが端部を形成することで、中間部と左右の端部とが同軸上に隣接して成る。第１及び第２実施形態ではワーク１０の軸方向が略鉛直方向となるよう棒状のワーク１０を図示しない支持機構で支持している。第３実施形態ではワーク１０の軸方向が略水平方向となるように棒状のワーク１０を支持機構４９Ｌ，４９Ｒによって支持する。支持機構４９Ｌ，４９Ｒはワーク１０を軸周りに回転させる機能を有していてもよい。ワーク１０の加熱領域が軸周りに均等になるからである。

誘導加熱装置４０は、図１及び図５に示す第１及び第２実施形態のように、一次コイル２２と二次コイルを備えるが、左右の小径部１２Ｌ，１２Ｒにそれぞれ配置されるように二次コイル４３Ｌ，４３Ｒを備える。一次コイル２２及び二次コイル４３Ｌ，４３Ｒは軸に沿って略水平方向へ移動可能となっている。熱処理装置４０Ａは、誘導加熱装置４０において冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを一次コイル２２の両側にさらに設けて構成されている。

以下、具体的に説明する。ワーク１０のうち一方の小径部１２Ｌには一方の二次コイル４３Ｌが配置され、一方の二次コイル４３Ｌは第２駆動機構２５Ｌにより軸方向に移動可能となっている。他方の小径部１２Ｒには他方の二次コイル４３Ｒが配置され、他方の二次コイル４３Ｒは第２駆動機構２５Ｒにより一方の二次コイル４３Ｌとは独立に軸方向に移動可能となっている。

冷却ジャケット２８Ｌと冷却ジャケット２８Ｒは、ワーク１０の大径部１１を囲める大きさの円環状に形成されており、一次コイル２２に対して軸方向両側に対称に設けられ、一次コイル２２と同時に必要により同期して移動可能となっている。冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒは、何れも一次コイル２２から離間する方向に斜めに冷却液を噴射するように噴射面を有する。

その他の構成は第１実施形態と略同様であり、加熱コイル４１が一次コイル２２と二次コイル４３Ｌ、４３Ｒとで構成されている点、一次コイル２２を第１駆動機構２４によりワーク１０の軸方向に移動する点、同期手段２６によって一次コイル２２の移動に同期して二次コイル４３Ｌ，４３Ｒの何れかを移動する点、熱処理装置４０Ａでは冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒが一次コイル２２に追従して移動する点で共通している。

なお、第２実施形態と同様に、二次コイル４３Ｌ、４３Ｒの段部１３に対向する側には小径部１２Ｌ，１２Ｒと大径部１１との間の隅部に向けて突出した突条部４３ａ，４３ｂが設けられていてもよい。

（誘導加熱方法及び熱処理方法）
図８は図７に示す第３実施形態に係る誘導加熱装置による誘導加熱方法の前半を説明するための図であり、図９は図７に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の後半を説明するための図である。先ず、支持機構４９Ｌ，４９Ｒによりワーク１０を略水平状態で配置し、図８（ａ）に示すように、一次コイル２２の左右に冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを連結した状態で一方の小径部１２Ｌ近傍の大径部１１の周囲に配置する。

この状態から、第１駆動機構２４により一次コイル２２と冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを一緒にワーク１０の一端側へ、即ち、大径部１１から一方の小径部１２Ｌの方へ軸方向に移動させながら、一次コイル２２に高周波電流を流し、ワーク１０の大径部１１の外周領域のうち一次コイル２２の内周面と向き合う領域を、順に誘導加熱する。進行方向後段の冷却ジャケット２８Ｒから冷却液がワーク１０に向けて噴射されることで、焼入処理等の熱処理が施される。符号１５Ｌは、熱処理された領域を示す（図８（ｂ）参照）。

図８（ｂ）に示すように、一次コイル２２が段部１３を通過して二次コイル４３Ｌの径方向外側に移動する。一次コイル２２を二次コイル４３Ｌの径方向外側に位置させる間は、第２実施形態と同様に、一次コイル２２への高周波電流の供給を行いつつ、一次コイル２２及び冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒの移動を所定時間停止し、加熱体積が大きい段部１３の領域及び付近を十分に加熱するのがよい。

次いで、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｒからの冷却液の噴射とを行いつつ、同期手段２６により第１駆動手段２４からの信号に応じ第２駆動手段２５Ｌを作動させ、二次コイル４３Ｌを一次コイル２２と同期させて移動させる。これにより第２実施形態と同様に大径部１１の一端側から段部１３を経由して小径部１２の所定領域まで連続した熱処理領域１５Ｌを形成する。

その後、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｒからの冷却液の噴射とを停止し、図８（ｅ）に示すように、一次コイル２２及び冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを再び一端側の大径部１１の周囲に配置する。

続いて、図９（ａ）に示すように、一次コイル２２へ高周波電流を供給しつつ、第１駆動手段２４により一次コイル２２を他端側へ移動させ、大径部１１を順に誘導加熱する。進行方向後段で追従する冷却ジャケット２８Ｌから冷却液を噴射することで、大径部１１の所定領域に熱処理領域１５Ｍを形成する。

その後、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｌからの冷却液の噴射とを停止し、一次コイル２２及び冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを、大径部１１の径方向外側であって他方の小径部１２Ｒ寄りの近傍に配置する。

その後、図８（ａ）乃至（ｄ）と同様に、図９（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、大径部１１の他端側から段部１３を経由して他方の小径部１２Ｒの所定領域まで連続する熱処理領域１５Ｒを形成する。なお図８及び図９では、大径部１５の熱処理領域１５Ｍと一方の熱処理領域１５Ｌとの間が離間し、大径部１５の熱処理領域１５Ｍと他方の熱処理領域１５Ｒとの間が離間している。しかしながら、熱処理領域１５Ｌと熱処理領域１５Ｍと熱処理領域１５Ｆとが近接していても、連続していても、熱処理の仕様に応じて適宜対応することができる。

このように、第３実施形態にあっては、大径部１１の両端側に小径部１２Ｌ，１２Ｒを有するワーク１０において、小径部１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ二次コイル４３Ｌ，４３Ｒを配置する。そして、ワーク１０の一端側では、一次コイル２２を大径部１１から一端側の一方の小径部１２Ｌへ移動させて一端側の大径部１１、段部１３の領域及び小径部１２Ｌを加熱する。また、ワーク１０の他端側では、一次コイル２２を大径部１１から他端側の他方の小径部１２Ｒへ移動させて他端側の大径部１１、段部１３の領域及び小径部１２Ｒを加熱する。

本発明の第３の実施形態は、大径部１１の一端に一方の小径部１２Ｌが隣接し、大径部１１の他端に他方の小径部１２Ｒが隣接し、大径部１１、一方の小径部１２Ｌ及び他方の小径部１２Ｒが同軸状に設けられて成るワーク１０を誘導加熱する誘導加熱方法に関する。その方法は、次のステップで構成される。
１）一方の小径部１２Ｌの周面から離間してリング状の一方の二次コイル４３Ｌを配置し、他方の小径部１２Ｒの周面から離間してリング状の他方の二次コイル４３Ｒを配置する。
２）一次コイル２２を、大径部１１から一方の小径部１２Ｌに向けてワーク１０の軸方向に移動させることにより、一方の二次コイル４３Ｌの径方向外側に一次コイル２２を位置させる。
３）一次コイル２２及び一方の二次コイル４３Ｌを同期させて、ワーク１０の軸方向の一端側に移動させながら、一次コイル２２に高周波電流を流すことで一方の二次コイル４３Ｌを介して二次誘導により一方の小径部１２Ｌを加熱する。
４）一次コイル２２を、大径部１１から他方の小径部１２Ｒに向けてワーク１０の軸方向に移動させることにより、他方の二次コイル４３Ｒの径方向外側に一次コイル２２を位置させる。
５）一次コイル２２及び他方の二次コイル４３Ｒを同期させて、ワーク１０の軸方向の他端側に移動させながら、一次コイル２２に高周波電流を流すことで他方の二次コイル４３Ｒを介して二次誘導により他方の小径部１２Ｒを加熱する。

これにより、第１実施形態及び第２実施形態と同様、一次コイル２２に高周波電流を流すことにより二次コイル４３Ｌ，４３Ｒでワーク１０の一方の小径部１２Ｌ及び他方の小径部２３Ｒを誘導加熱できる。またワーク１０の大径部１１から一方の小径部１２Ｌ，他方の小径部１２Ｒまで連続して誘導加熱したり、熱処理したりすることができる。

特に、第３実施形態では、ワーク１０の一端側でも他端側でも、一次コイル２２を大径部１１から一方の小径部４３Ｌへ向けて移動したり、他方の小径部４３Ｒへ向けて移動したりすることで、大径部１１の端部を誘導加熱した後で段部１３の領域及びその近傍の小径部４３Ｌ，４３Ｒを加熱している。そのため段部１３の領域やその付近へ加わる加熱量の不足、過不足を防止することができる。また、大径部１１の端に一方の小径部１２Ｌと他方の小径部１２Ｒとを有するワーク１０を誘導加熱して熱処理を行っても、ワーク１０を略水平に支持していることから一端側の熱処理時の冷却液が他端側に流動するようなことがなく、ワーク１０の配置を変えることなく両端側の熱処理を行うことができる。その結果、大径部１１の両側に一方の小径部１２Ｌ，他方の１２Ｒが同軸状に隣接して設けられて成るワーク１０を効率よく適切に加熱したり熱処理したりすることができる。なお、第３実施形態において、同期手段２６を用いて第２駆動機構２７Ｌ，２７Ｒを駆動せず、第１実施形態のように係合部を設けてもよい。

［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。第４実施形態では、第３実施形態と異なり、大径部が小径部の両端に設けられている。図１０は、第４実施形態に係る誘導加熱装置を模式的に示す図である。第４実施形態に係る誘導加熱装置５０は、熱処理装置５０Ａに組み込まれており、第３実施形態のそれらと基本的な思想は同じであるので、同一又は対応する要素については同一の符号を付しその説明を省略する。

第４実施形態では、第３実施形態とは異なり、ワーク１０は、小径部１２の軸方向の両端に大径部１１をそれぞれ備えている。すなわち、ワーク１０は、小径部１２の一端に一方の大径部１１Ｌが隣接し、小径部１２の他端に他方の大径部１１Ｒが隣接し、一方の大径部１１Ｌ、他方の大径部１１Ｒ及び小径部１２が同軸状に設けられて成る。つまり、ワーク１０は、大径部１１が中間部を形成し、かつ中間部を形成しない小径部１２Ｌ，１２Ｒが端部を形成することで、中間部と左右の端部とが同軸上に隣接して成る。第４実施形態では、第３実施形態と同様、ワーク１０の軸方向が略水平方向となるように棒状のワーク１０を支持機構４９Ｌ，４９Ｒによって支持する。支持機構４９Ｌ，４９Ｒはワーク１０を軸周りに回転させる機能を有していてもよい。ワーク１０の加熱領域が軸周りに均等になるからである。

誘導加熱装置５０は、図１０に示すように、一次コイル２２と二次コイル５３を備える。一次コイル２２及び二次コイル５３は軸に沿って略水平方向へ移動可能となっている。熱処理装置５０Ａは、誘導加熱装置５０において、冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを一次コイル２２の両側に設けて構成されている。なお、傾斜面が第３実施形態と逆になっている。

以下、具体的に説明する。ワーク１０のうち中間部の小径部には二次コイル５３が配置され、二次コイル５３は第２駆動機構２５により軸方向に移動可能となっている。

冷却ジャケット２８Ｌと冷却ジャケット２８Ｒは、ワーク１０の大径部１１を囲める大きさの円環状に形成されており、一次コイル２２に対して軸方向両側に対称に設けられ、一次コイル２２と同時に必要により同期して移動可能となっている。冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒは、何れも一次コイル２２から離間する方向に斜めに冷却液を噴射するように噴射面を有する。

その他の構成は第３実施形態と略同様であり、加熱コイルが一次コイル２２と二次コイル５３とで構成されている点、一次コイル２２を第１駆動機構２４によりワーク１０の軸方向に移動する点、同期手段２６によって一次コイル２２の移動に同期して二次コイル５３を移動する点、熱処理装置５０Ａでは冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒが一次コイル２２に追従して移動する点で共通している。また、二次コイル５３の段部１３Ｌ，１３Ｒに対向する側には小径部１２と大径部１１Ｌ，１１Ｒとの間の隅部に向けて突出した突条部５３ａ，５３ｂが設けられていてもよい。

（誘導加熱方法及び熱処理方法）
図１１は図１０に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の前半を説明するための図であり、図１２は図１０に示す誘導加熱装置による誘導加熱方法の後半を説明するための図である。先ず、支持機構４９Ｌ，４９Ｒによりワーク１０を略水平状態で配置し、図１１（ａ）に示すように、二次コイル５３を一方の大径部１１Ｌの近傍の小径部１２の径方向外側の周囲に配置すると共に、一次コイル２２の左右に冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒを連結した状態で、一次コイル２２を二次コイル５３の径方向外側に位置させる。その際、一次コイル２２は、冷却ジャケット２８Ｌ，２８Ｒと一緒に第１駆動機構２４により軸方向に移動させることで、二次コイル５３の径方向外側に位置させてもよい。

この状態から、第１駆動機構２４により一次コイル２２を軸方向に移動させることに同期させて第２駆動機構２５により二次コイル５３を同じ方向に移動させながら、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｒから冷却液の噴射とを行う。一次コイル２２への高周波電流の供給により二次コイル５３に誘導電流が流れ、二次コイル５３の誘導電流により、二次コイル５３に対向する小径部１２の部位に二次誘導電流が流れ、加熱する。一次コイル２２と二次コイル５３とを同期して移動させる。

一次コイル２２及び二次コイル５３の左端が段部１３近傍に到達すると、第２駆動機構２５による二次コイル４３の移動を停止し（図１１（ｂ）ご参照）、第１駆動機構２４による一次コイル２２を同じく同軸方向に移動させ続ける。その際、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｒから冷却液の噴射とは続けて行う（図１１（ｃ）及び（ｄ）ご参照）。また、第２駆動機構２５が二次コイル４３を逆向きに移動させるなどして、冷却ジャケット２８Ｒからワーク１５の熱処理領域１５Ｌの部分に噴射させるようにする。

これらの一連の流れにより、小径部１２から一方の大径部１１Ｌまでの所定の領域が熱処理領域１５Ｌとして連続して形成される。

次に、第１駆動機構２４は一次コイル２２を逆方向に移動させ、二次コイル５３の径方向外側に達すると、第２駆動機構２５は二次コイル５３を一次コイル２２の移動方向と同一の方向に移動させて、次の熱処理領域である中間の熱処理領域１５Ｍの熱処理開始位置まで移動させる（図１１（ｅ）ご参照）。

一次コイル２２及び二次コイル５３が次の熱処理領域の一端に達すると、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｌから冷却液の噴射とを開始して、第１駆動機構２４及び第２駆動機構２５が一次コイル２２及び二次コイル５３を移動し続ける（図１２（ａ）ご参照）。これにより、小径部１２の中間部の所定の領域が熱処理領域１５Ｍとして連続して形成される。

第１駆動機構２４及び第２駆動機構２５は、一次コイル２２及び二次コイル５３を熱処理領域１５Ｍの熱処理終了位置に達すると、一次コイル２２への高周波電流の供給を停止する（図１２（ｂ）ご参照）。

その後、第１駆動機構２４及び第２駆動機構２５により一次コイル２２及び二次コイル５３が次の熱処理領域の一端に達すると、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｒから冷却液の噴射とを開始して、第１駆動機構２４及び第２駆動機構２５が一次コイル２２及び二次コイル５３を移動し続ける。

一次コイル２２及び二次コイル５３の右端が段部１３Ｒ近傍に到達すると、第２駆動機構２５による二次コイル４３の移動を停止し（図１２（ｃ）ご参照）、第１駆動機構２４による一次コイル２２を同じく同軸方向に移動させ続ける。その際、一次コイル２２への高周波電流の供給と冷却ジャケット２８Ｒから冷却液の噴射とは続けて行う（図１２（ｄ）ご参照）。また、第２駆動機構２５が二次コイル４３を逆向きに移動させるなどして、冷却ジャケット２８Ｌからワーク１５の熱処理領域１５Ｒの部分に噴射させるようにする。

これらの一連の流れにより、小径部１２から他方の大径部１１Ｒまでの所定の領域が熱処理領域１５Ｒとして連続して形成される。

このように、第４実施形態にあっては、小径部１２の両端側に大径部１１Ｌ，１１Ｒを有するワーク１０において、小径部１２に二次コイル５３を配置する。そして、ワーク１０の中間部では、一次コイル２２を小径部１２から一方の大径部１１Ｌへ移動させて一端側の小径部１２、段部１３Ｌの領域及び一方の大径部１１Ｌを加熱する。また、ワーク１０の他端側では、一次コイル２２を小径部１２から他方の大径部１１Ｒへ移動させて他端側の小径部１２、段部１３Ｒの領域及び一方の大径部１１Ｒを加熱する。

これにより、第１実施形態及び第２実施形態と同様、一次コイル２２に高周波電流を流すことにより二次コイル５３でワーク１０の中間部の小径部１２を誘導加熱できる。またワーク１０の小径部１２から一方の大径部１１Ｌ，他方の大径部１１Ｒまで連続して誘導加熱したり、熱処理したりすることができる。

第４実施形態は、ワーク１０の一端側でも他端側でも、一次コイル２２を小径部１２から一方の大径部５３Ｌへ向けて移動したり、他方の大径部５３Ｒへ向けて移動したりすることで、小径部１２の端部を誘導加熱した後で段部１３Ｌ，１３Ｒの領域及びその近傍の大径部４３Ｌ，４３Ｒを加熱している。そのため段部１３の領域やその付近へ加わる加熱量の不足、過剰を防止することができる。

［その他の実施形態］
本発明の実施形態としては、図示した形態に限定されることなく、一次コイルのターン数、二次コイルの形状については、ワーク１０の形状、熱処理の仕様により適宜設定される。また、一次コイルや二次コイルを構成する中空管寸法についても、熱処理の仕様により設定される。

また、図１、図５、図７及び図１０に示す一次コイル２２は、図示のように巻線部２２ａを二ターンとせず三ターンとしてもよい。四ターン以上の巻数であってもよい。以下、図５に示す一次コイル２２が三ターンで構成されている場合で説明すると、一次コイル２２がワーク１０の軸方向に移動して一次コイル２２が二次コイル３３の外側で重なり始めてから、二次コイル３３が一次コイル２２の移動に同期して移動するまでの時間を長くすることができる。すると、一次コイル２２の径方向内側に二次コイル３３がありかつ二次コイル３３が移動していない状態で、ワーク１０の太径部１１と小径部１２との段部１３を誘導加熱する時間が長くなる。よって、一次コイル２２と二次コイル３３が重なっている状態において、一次コイル２２の移動を停止する必要が少なくなる。これにより、ワーク１０をさらに効率良く誘導加熱することができる。

なお、図示した形態では、ワーク１０の太径部１１及び小径部１２の外周領域を誘導加熱する場合を示しているが、ワークの太さや使用する周波数を調整することにより、外周領域だけでなく表面から深い領域まで加熱することもできる。

１０：ワーク
１１，１１Ｌ，１１Ｒ：大径部
１２，１２Ｌ，１２Ｒ：小径部（一方の小径部、他方の小径部）
１３，１３Ｌ，１３Ｒ：段部
１５，１５Ｌ，１５Ｍ，１５Ｒ：熱処理された領域
２０，３０，４０，５０：誘導加熱装置
２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５０Ａ：熱処理装置
２１，３１，４１：加熱コイル
２２：一次コイル
２２ａ：巻線部
２２ｂ，２２ｃ：リード
２３，３３，４３，５３：二次コイル
２３ａ，２３ｂ：二次コイルの両端
２３ｃ：スリット
２４：第１駆動機構
２５，２５Ｌ，２５Ｒ：第２駆動機構
２６：同期手段
２７：電力供給装置
２８，２８Ｌ，２８Ｒ：冷却ジャケット
２８ａ：傾斜面
３３ａ，４３ａ，４３ｂ：突条部
３６：係合部（同期手段）
４３Ｌ：一方の二次コイル
４３Ｒ：他方の二次コイル

Claims (11)

1. 大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する誘導加熱装置であって、
   前記ワークの大径部よりも大きい径を有するリング状の一次コイルと、
   前記ワークの小径部よりも大きくかつ前記大径部よりも小さい径を有するリング状の二次コイルと、
   前記一次コイルが前記二次コイルの径方向外側に位置する状態で、前記ワークの軸方向への前記一次コイルの移動に同期させて前記二次コイルを移動させる同期手段と、
   を備える、誘導加熱装置。
2. 前記同期手段として、前記一次コイル及び前記二次コイルの少なくとも一方に係合部を設けており、
   前記一次コイルが前記二次コイルの径方向外側に位置する状態で、前記係合部により前記一次コイルと二次コイルとが係合し、前記一次コイルの前記ワークの軸方向の移動に伴って前記二次コイルが前記ワークの軸方向に移動する、請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. さらに、前記一次コイルを前記ワークの軸方向に沿って移動させる第１駆動手段と、前記二次コイルを前記ワークの軸方向に沿って移動させる第２駆動手段と、を備え、
   前記同期手段が、前記第１駆動手段の信号により、前記第２駆動手段を第１駆動手段と同期させる、請求項１に記載の誘導加熱装置。
4. 前記二次コイルは両端が近接した円環状であり、各端同士がスリットを形成している、請求項１乃至３の何れかに記載の誘導加熱装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱装置と、
   前記ワークを支持する支持機構と、
   前記一次コイルに対して軸方向後段側に設けられ該一次コイルと同期して移動する冷却ジャケットと、を備える、熱処理装置。
6. 請求項１乃至４の何れかに記載の誘導加熱装置と、
   前記大径部の両端に前記小径部を有して成るか又は前記小径部の両端に前記大径部を有して成る前記ワークを支持する支持機構と、
   前記一次コイルに対して軸方向両側に設けられ該一次コイルと同期して移動する冷却ジャケットと、を備える、熱処理装置。
7. 大径部と小径部とが同軸状に隣接して成るワークを誘導加熱する誘導加熱方法であって、
   前記大径部の周面から離間してリング状の一次コイルを配置し、前記小径部の周面から離間してリング状の二次コイルを配置しておき、
   前記一次コイルを前記ワークの軸方向に移動させながら、前記一次コイルに高周波電流を流すことにより前記大径部を加熱し、
   次に、前記一次コイルを前記ワークの軸方向に移動させることにより、前記二次コイルの径方向外側に前記一次コイルを位置させ、
   続いて、前記一次コイル及び前記二次コイルを同期させて前記ワークの軸方向に移動させながら、前記一次コイルに高周波電流を流すことで前記二次コイルを介して二次誘導により前記小径部を加熱する、誘導加熱方法。
8. 大径部、小径部の何れか一方が中間部を形成し、かつ前記中間部を形成しない大径部、小径部の何れか他方が両方の端部を形成することで、前記中間部と前記両方の端部とが同軸上に隣接して成るワークを誘導加熱する方法であって、
   前記小径部を構成する前記中間部の周面又は前記両方の端部のそれぞれの周面から離間して二次コイルを配置するステップと、
   前記二次コイルの径方向外側に前記一次コイルを位置させ、前記一次コイル及び前記二次コイルを同期させて、前記ワークの軸方向に沿って移動させながら、前記一次コイルに高周波電流を流すことで前記二次コイルを介して二次誘導により前記小径部を加熱するステップと、
   を含む、誘導加熱方法。
9. 前記一次コイルが前記二次コイルの径方向外側に位置する状態では、前記一次コイルに高周波電流を流すことで、前記大径部と前記小径部の間に在る段部の領域を二次誘導により加熱する、請求項７又は８に記載の誘導加熱方法。
10. 前記一次コイルが前記二次コイルの径方向外側に位置する状態では、前記一次コイルの移動を所定時間の間停止させる、請求項７又は８に記載の誘導加熱方法。
11. 請求項７乃至１０の何れかに記載の誘導加熱方法により前記ワークを加熱する間、前記一次コイルの後段に配置され前記一次コイルの移動に追従する冷却ジャケットにより、前記ワークの周面に対して冷却液を噴射して冷却する、熱処理方法。

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