JP5282997B2 - 高周波加熱コイル - Google Patents

Description

本発明は、ワークを誘導加熱するヘアピン型の高周波加熱コイルに関する。

ヘアピン型の高周波加熱コイルは、高周波電源に接続される二股のリード部と、リード部に連なる一対の円弧状の元リング部と、各元リング部の終端から直角の軸方向へ平行に延びる平行部と、各平行部の先端から元リング部と平行な面内で円弧状に連なる先リング部とから成り、内部に冷却水を通すようにパイプを接続して形成されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２に記載されたものは、いずれも元リング部と先リング部を平行部に対して同じ側に設けたセミループ型のものとされ、加熱コイルを形成するパイプは矩形断面の角パイプとされている。元リング部と先リング部を平行部に対して反対側に設けたものもある。また、高周波電流が供給されるリード部は、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の絶縁性の樹脂材料で形成されたコイル支持部材で支持される。

このようなヘアピン型高周波加熱コイルでは、回転対称のワークが元リング部と先リング部の内径側に挿入されて、回転されながら焼入れ等の熱処理のために表層部を誘導加熱される。このとき、高周波加熱コイルとワークの間には、形成される電磁場によって互いに反撥するローレンツ力が発生し、このローレンツ力が高周波加熱コイルに繰り返し作用することによって、コイルの特定部位が疲労し、破損に至ることがある。

この疲労による破損は、先リング部の内径側に発生する亀裂を起点とすることが多く、特に、スタブシャフト、ハブ輪、等速ジョイント外輪等のように、軸状または筒状で小径部と大径部を有するワークを誘導加熱するもので生じやすい。

実開昭５８−１６４１９６号公報 特許第２６１４１６７号公報

本発明者らは、本発明の実施形態を説明する図２に示すように、元リング部３と先リング部５が平行部４の反対側に設けられた高周波加熱コイル１を用いて、小径部としての車軸管部３１ａと、大径部としての車輪取り付けフランジ３１ｂを有するハブ輪３１をワークとして誘導加熱する場合について、高周波加熱コイル１に作用するローレンツ力をコンピュータで計算した。この計算結果を図５（ａ）、（ｂ）のコンピュータのモニタ画面で示す。ローレンツ力の向きと大きさは、矢印のベクトルで表示されている。

図５（ａ）は、リード部２に沿う中心線に対して対称な高周波加熱コイル１の片側半分のみを示すが、元リング部３と先リング部５を拡径変形させるローレンツ力が作用し、先リング部５に作用するローレンツ力は、元リング部３に作用するものよりもかなり大きいことが分かる。この理由は、先リング部５には、ワークの小径部のほかに大径部の肩部も接近していることと、元リング部３はリード部２で１／４円弧に分割されているのに対して、先リング部５は１／２円弧で連なっていることのためと考えられる。

また、図５（ｂ）に示すように、先リング部５には、軸方向に変形させるローレンツ力も作用している。この軸方向のローレンツ力は、ワークの大径部との間に発生するものと考えられ、先リング部５の疲労を促進する可能性がある。

そこで、本発明の課題は、ヘアピン型高周波加熱コイルの先リング部でのローレンツ力による疲労を軽減し、その内径側での亀裂の発生を防止することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、絶縁性材料で形成されたコイル支持部材に支持され、高周波電源に接続される二股のリード部と、リード部に連なる一対の円弧状の元リング部と、各元リング部の終端から直角の軸方向へ平行に延びる一対の平行部と、一対の平行部の先端から前記元リング部と平行な面内で円弧状に連なる先リング部とから成り、ワークを誘導加熱するヘアピン型の高周波加熱コイルにおいて、前記先リング部の拡径変形を抑制する手段を設けた構成を採用した。

すなわち、先リング部の拡径変形を抑制する手段を設けることにより、ヘアピン型高周波加熱コイルの先リング部でのローレンツ力による疲労を軽減し、その内径側での亀裂の発生を防止できるようにした。

前記先リング部の拡径変形を抑制する手段を、先リング部の外径側へ放射状に延びる複数の舌片を設け、前記コイル支持部材に前記先リング部の外径側で環状に連なる環状部を設けて、この環状部に前記各舌片を固定するものとすることにより、コイル支持部材を利用して、先リング部の拡径変形を簡単に抑制することができる。

前記コイル支持部材の環状部に、前記一対の平行部と平行な一対の柱部を立設し、これらの柱部を平行部と連結することにより、平行部の変形と先リング部の軸方向への変形も抑制して、先リング部でのローレンツ力による疲労をより軽減することができる。

上述した各高周波加熱コイルは、前記誘導加熱されるワークが、軸状または筒状で小径部と大径部を有するものに好適である。

前記先リング部の断面形状を、内径側の断面高さ寸法が外径側よりも小さいものとすることにより、ワークの使用時に応力集中が発生しやすい大径部の立ち上り部を効率よく、誘導加熱することができる。なお、この場合は、先リング部に作用するローレンツ力により内径側の引張ひずみが大きくなるが、先リング部の拡径変形そのものが抑制されるので、先リング部の内径側に亀裂が発生することはない。

本発明の高周波加熱コイルは、先リング部の拡径変形を抑制する手段を設けたので、ヘアピン型高周波加熱コイルの先リング部でのローレンツ力による疲労を軽減し、その内径側での亀裂の発生を防止することができる。

前記先リング部の拡径変形を抑制する手段を、先リング部の外径側へ放射状に延びる複数の舌片を設け、コイル支持部材に先リング部の外径側で環状に連なる環状部を設けて、この環状部に各舌片を固定するものとすることにより、コイル支持部材を利用して、先リング部の拡径変形を簡単に抑制することができる。

前記コイル支持部材の環状部に、一対の平行部と平行な一対の柱部を立設し、これらの柱部を平行部と連結することにより、平行部の変形と先リング部の軸方向への変形も抑制して、先リング部でのローレンツ力による疲労をより軽減することができる。

前記誘導加熱されるワークが、軸状または筒状で小径部と大径部を有するものである場合は、前記先リング部の断面形状を、内径側の断面高さ寸法が外径側よりも小さいものとすることにより、ワークの使用時に応力集中が発生しやすい大径部の立ち上り部を効率よく、誘導加熱することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３に示すように、この高周波加熱コイル１は、小径部としての車軸管部３１ａと、大径部としての車輪取り付けフランジ３１ｂを有するハブ輪３１をワークとして誘導加熱するヘアピン型のものであり、導電部２ａを介して高周波電源（図示省略）に接続される二股のリード部２と、リード部２に連なる一対の１／４円弧状の元リング部３と、各元リング部３の終端から直角の軸方向下方へ平行に延びる一対の平行部４と、一対の平行部４の先端から元リング部３と平行な面内で元リング部３と反対側へ１／２円弧状に連なる先リング部５とから成り、内部に冷却水を通すように銅製の角パイプを接続して形成され、絶縁性の樹脂材料で形成されたコイル支持部材２１に支持されている。

前記ハブ輪３１は車軸管部３１ａを上に向けて、先リング部５の下方から高周波加熱コイル１の内側に挿入され、車輪取り付けフランジ３１ｂの立ち上り部が先リング部５に接近しており、先リング部５を形成する角パイプの断面形状は、内径側の断面高さ寸法が外径側よりも小さい横向きの台形状とされている。また、車軸管部３１ａの上端部に接近する元リング部３は、先リング部５よりも少し小径とされ、その角パイプの断面形状は略５角形状とされている。この元リング部３の角パイプは矩形断面としてもよい。

前記先リング部５の中間部には、少し立ち上がって外径側に延び、２つの給水口６ａを有する給水部６が設けられ、各リード部２には、それぞれ冷却水が供給される排水口７ａを有する排水部７が立ち上がるように設けられており、高周波加熱コイル１は、リード部２に沿う中心線で分割される半分ずつが別々の冷却水経路で冷却されるようになっている。

前記コイル支持部材２１は、外形が矩形状で中央部に孔２２がくり抜かれた環状板とされ、この孔２２の内側に元リング部３と先リング部５が納められており、リード部２と給水部６に設けられた舌片８ａ、８ｂが、コイル支持部材２１に取り付けられて、高周波加熱コイル１が支持されている。なお、コイル支持部材２１の外形は、設備に応じて円形や多角形等の任意の形状とすることができる。

前記先リング部５には、図４に示すように、外径側へ６０°の位相で放射状に延びる４つの舌片９が設けられ、これらの舌片９が、図１に示したように、先リング部５の外径側で環状に連なるコイル支持部材２１の環状部に固定されている。また、コイル支持部材２１の環状部には、高周波加熱コイル１の一対の平行部４と同じ位相位置で、一対の柱部材２３が平行部４と平行に立設されるようにボルト２４で取り付けられ、各平行部４の上部に外向きにろう付けされたボルト１０が、ナット１１で各柱部２３に連結されている。したがって、ローレンツ力による先リング部５の拡径変形が抑制されるとともに、平行部４の変形と先リング部５の軸方向の変形も抑制される。

上述した実施形態では、元リング部を上側、先リング部を下側として、これらを縦向きの平行部の反対側に設けたものとしたが、元リング部と先リング部を平行部の同じ側に設けたセミループ型のものとすることもできる。また、元リング部を下側、先リング部を上側とすることもでき、平行部を横向きとして、ワークを横方向から挿入するものとすることもできる。

高周波加熱コイルの実施形態を示す平面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のコイル支持部材を除いた側面図 図１のコイル支持部材を除いた一部省略平面図 ａ、ｂは、それぞれ図２のハブ輪を誘導加熱するときに発生するローレンツ力の計算結果を示すコンピュータのモニタ画面

符号の説明

１ 高周波加熱コイル
２ リード部
２ａ 導電部
３ 元リング部
４ 平行部
５ 先リング部
６ 給水部
６ａ 給水口
７ 排水部
７ａ 排水口
８ａ、８ｂ、９ 舌片
１０ ボルト
１１ ナット
２１ コイル支持部材
２２ 孔
２３ 柱部材
２４ ボルト
３１ ハブ輪
３１ａ 車軸管部
３１ｂ 車輪取り付けフランジ

Claims (5)

1. 絶縁性材料で形成されたコイル支持部材に支持され、高周波電源に接続される二股のリード部と、リード部に連なる一対の円弧状の元リング部と、各元リング部の終端から直角の軸方向へ平行に延びる一対の平行部と、一対の平行部の先端から前記元リング部と平行な面内で円弧状に連なる先リング部とから成り、ワークを誘導加熱するヘアピン型の高周波加熱コイルにおいて、前記先リング部の外径側へ放射状に延びる複数の舌片を設け、前記コイル支持部材に前記先リング部の外径側で環状に連なる環状部を設けて、この環状部に前記各舌片を固定したことを特徴とする高周波加熱コイル。
2. 絶縁性材料で形成されたコイル支持部材に支持され、高周波電源に接続される二股のリード部と、リード部に連なる一対の円弧状の元リング部と、各元リング部の終端から直角の軸方向へ平行に延びる一対の平行部と、一対の平行部の先端から前記元リング部と平行な面内で円弧状に連なる先リング部とから成り、ワークを誘導加熱するヘアピン型の高周波加熱コイルにおいて、前記先リング部の軸方向変形を抑制する手段を設けたことを特徴とする高周波加熱コイル。
3. 前記先リング部の軸方向変形を抑制する手段を、前記コイル支持部材に前記先リング部の外径側で環状に連なる環状部を設けて、この環状部に、前記一対の平行部と平行な一対の柱部を立設し、これらの柱部を平行部と連結するものとした請求項２に記載の高周波加熱コイル。
4. 前記誘導加熱されるワークが、軸状または筒状で小径部と大径部を有するものである請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波加熱コイル。
5. 前記先リング部の断面形状を、内径側の断面高さ寸法が外径側よりも小さいものとした請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波加熱コイル。