JP6451108B2

JP6451108B2 - 高周波誘導加熱装置

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Publication number: JP6451108B2
Application number: JP2014141666A
Authority: JP
Inventors: 尚喜西村; 幸満山路; 弘長▲崎▼
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-07-09
Also published as: JP2016017213A

Description

本発明は、高周波誘導加熱装置に関し、詳しくは、軸受装置の製造に用いる高周波誘導加熱装置に関する。

軸受装置は、内輪と、外輪と、複数の転動体と、保持器とを備える。内輪の外周面と外輪の内周面にはそれぞれ軌道面が形成され、各々の軌道面が対向するように配置されている。複数の転動体は、内輪及び外輪の軌道面で構成される空間に配置されている。また、複数の転動体の各々は、保持器のポケットに保持されている。

外輪の軌道面及び内輪の軌道面を含む部分は、表面の硬度を調整するために、焼入れ及び焼き戻しが行われている。焼入れは、軌道面を含む部分の硬度を高めるため、当該部分を例えば７３０℃以上に加熱する工程である。焼き戻しは、焼入れにより高い硬度を得た軌道面を含む部分に対し、例えば１６０〜１８０℃程度に加熱することによって当該部分の硬度を再び低くする工程である。焼入れや焼き戻しの工程における加熱は、例えば、高周波誘導加熱装置を用いて行われる。

高周波誘導加熱装置として、多重巻き電磁誘導コイルと、高周波電源と、多重巻き電磁誘導コイル内に被加熱体を挿入可能なワーク保持部とを備えた高周波誘導加熱装置がある。この高周波誘導加熱装置では、多重巻き電磁誘導コイルによりワーク保持部で保持されたワーク全体を覆った状態で加熱する。この高周波誘導加熱装置では、ワーク全体の加熱が可能であるものの、装置が大型化するという問題がある。また、この高周波誘導加熱装置では、多重巻き電磁誘導コイルを用いることにより、加熱装置自体の製造コストが高くなるという問題がある。さらに、ワークと電磁誘導コイルとの隙間（クリアランス）が大きくなるので、加熱効率が悪くなるという問題がある。

装置の大型化やクリアランスが大きくなることを抑制した高周波誘導加熱装置として、特許文献１には、ワークの内部に電磁誘導コイルを挿入し、ワークの内側から加熱するタイプの高周波誘導加熱装置が開示されている。この高周波誘導加熱装置によれば、装置の大型化を抑制でき、また、クリアランスを小さくすることができる。しかしながら、この高周波誘導加熱装置では、ワーク内部に挿入された電磁誘導コイルと、ワークの内周面との距離が、均一ではなく、ワークの内周面の加熱温度にばらつきが生じやすい。

特開２００４−５２０１３号公報

軸受の外輪や内輪部材の焼き戻し等を行う高周波誘導加熱装置として、電磁誘導コイルの巻き数を低減し、電磁誘導コイルの内部に被加熱体を挿入するタイプの高周波誘導加熱装置が知られている。この高周波誘導加熱装置によれば、電磁誘導コイルの巻き数が少ないので、ワークの側面の全体ではなく、一部分だけを覆うこととなる。従って、ワークの全面を覆う場合と比較して、径の小さい電磁誘導コイルを用いることができる。ワークの全面を覆う場合には、ワークの最も径の大きい部分（例えば、軸受の外輪を車両本体に取り付けるためのフランジ部）を内包可能な電磁誘導コイル径とする必要があるが、ワークの一部分だけを覆う場合には、その必要がないからである。

ところで、内周面に２列の軌道面が形成された外輪を、ワークとして高周波誘導加熱装置で加熱することがある。２列の軌道面を均一に加熱する手段としては、２列の軌道面の軸方向中央付近に１重の電磁誘導コイルを配置し、電磁誘導コイルに電流を流すことが挙げられる。２列の軌道面の軸方向中央付近に、径方向外方に突出する突出部が存在する場合、電磁誘導コイルが突出部と重ならない形状とする必要がある。電磁誘導コイルが突出部と重ならない形状とする方法として、例えば、電磁誘導コイルを突出部からずらした形状とすることが考えられる。しかしながら、電磁誘導コイルを突出部からずらすと、軌道面の加熱の強度にばらつきが生じてしまう。

本発明は、外輪の外周面に突出部が設けられ、電磁誘導コイルが突出部からずらされた形状となっていても、軸受の外輪の軌道面を均一に加熱可能な高周波誘導加熱装置を得ることを目的とする。

本発明の実施形態に係る高周波誘導加熱装置は、外輪を加熱する高周波誘導加熱装置である。前記外輪は、内周面に形成され、転動体が転動する環状の第１軌道面と、前記第１軌道面と軸方向に離間して内周面に形成され、転動体が転動する環状の第２軌道面と、外周面のうち、軸方向において、前記第１軌道面の軸方向位置と前記第２軌道面の軸方向位置に挟まれる位置に形成された、環状の第１領域と、前記第１領域に設けられ、外周面から径方向外方に向かって突出し、周方向に間隔をあけて配置された複数の突出部と、を備える。前記高周波誘導加熱装置は、前記外輪の第１領域の径方向外方に前記外輪と非接触に位置づけられ、前記第１領域を覆う環状の電磁誘導コイルと、前記外輪と前記電磁誘導コイルとの間に配置されるコアと、を備える。前記電磁誘導コイルは、周方向で前記複数の突出部が存在しない領域において、各突出部の周方向の間に配置される本線部と、周方向で前記複数の突出部が存在する領域において、各突出部を迂回する迂回部と、を含む。前記コアは、前記迂回部の全部または一部に配置されている。

本発明の高周波誘導加熱装置によれば、外輪の第１軌道面及び第２軌道面を均一に加熱することができる。

図１は、本実施形態の軸受装置の断面図である。図２は、本実施形態の高周波誘導加熱装置の一例を示す概略図である。図３は、高周波誘導加熱装置の電磁誘導コイルの部分拡大図である。図４は、高周波誘導加熱装置と外輪との位置関係を示す説明図である。図５は、高周波誘導加熱装置と外輪の位置関係を軸方向に平行な方向から示す説明図である。図６Ａは、図４のVIa−VIa線における断面図である。図６Ｂは、図４のVIb−VIb線における断面図である。図６Ｃは、図４のVIc−VIc線における断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

［実施の形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図中同一又は相当部分には、同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、軸受装置１０を示す。軸受装置１０は、本発明の実施の形態による製造方法で製造される軸受の一例である。上記製造方法で製造される軸受は、図１に示す構成に限定されない。

［軸受の構成］
図１を参照して、軸受装置１０は、外輪１２と、内軸１４と、内輪１６と、複数の転動体１８ａ、１８ｂとを含む。なお、図１では、複数の転動体１８ａ、１８ｂを保持する保持器、外輪１２と内軸１４との間に配置されるシール部材、及び、内軸１４に取り付けられるカバーについて、図示は省略している。

外輪１２は、例えば、軸受鋼からなる。外輪１２は、本体１２１を含む。本体１２１は、筒状形状を有する。

本体１２１は、軌道面１２Ａと、軌道面１２Ｂとを含む。軌道面１２Ａ及び軌道面１２Ｂは、本体１２１の内周面に形成されている。軌道面１２Ａ及び軌道面１２Ｂは、軸方向に離れている。ここで、軸方向は、本体１２１、つまり、外輪１２の中心軸線Ｌ１が延びる方向である。

外輪１２は、さらに、フランジ２２を含む。フランジ２２は、本体１２１の外周面に形成されている。フランジ２２は、中心軸線Ｌ１周りの周方向に連続して形成されている。つまり、フランジ２２は、環状に形成されている。フランジ２２が形成される軸方向位置は、軌道面１２Ａの軸方向位置と軌道面１２Ｂの軸方向位置の略中央部分である。

フランジ２２は、フランジ２２からさらに径方向外方に向かって突出した複数の突出部、すなわち、複数の取付部２２Ａを含む。複数の取付部２２Ａは、例えば、周方向に等間隔に形成されている。取付部２２Ａが形成される軸方向位置は、フランジ２２と同様、軌道面１２Ａの軸方向位置と軌道面１２Ｂの軸方向位置の略中央部分である。

複数の取付部２２Ａの各々は、孔２４を含む。孔２４に挿入されるボルトにより、外輪１２に懸架装置が固定される。

内軸１４は、例えば、軸受鋼からなる。内軸１４は、外輪１２の内側に配置される。内軸１４は、外輪１２と同軸上に配置される。つまり、内軸１４は、中心軸線Ｌ１上に配置される。

内軸１４は、本体１４１を含む。本体１４１は、大径部１４Ａ、中径部１４Ｂ及び小径部１４Ｃを含む。

外輪１２と、大径部１４Ａとの間には、シール部材（不図示）が配置される。シール部材は、外輪１２に固定される芯金と、芯金と一体的に形成されるシールゴムとを含む。大径部１４Ａの外周面には、シールゴムが摺動する摺動面２５が形成されている。

中径部１４Ｂは、大径部１４Ａよりも小さな直径を有する。中径部１４Ｂは、軸方向において、大径部１４Ａの隣に位置する。中径部１４Ｂは、軌道面２６を含む。

小径部１４Ｃは、中径部１４Ｂよりも小さな直径を有する。小径部１４Ｃは、軸方向において、中径部１４Ｂの隣に位置する。

内軸１４は、さらに、フランジ１４Ｄを含む。フランジ１４Ｄは、本体１４１の外周面に形成されている。フランジ１４Ｄは、周方向に連続して形成されている。つまり、フランジ１４Ｄは、環状に形成されている。フランジ１４Ｄは、大径部１４Ａよりも大きな直径を有する。フランジ１４Ｄは、軸方向において、大径部１４Ａの隣に位置する。

フランジ１４Ｄは、複数の孔２８を含む。複数の孔２８は、例えば、周方向に等間隔に形成されている。複数の孔２８の各々に挿入されるボルト２９により、内軸１４に車輪（具体的には、ホイール）やブレーキディスク等が取り付けられる。

内輪１６は、内軸１４に固定される。具体的には、内輪１６は、小径部１４Ｃの周囲に配置され、小径部１４Ｃが備えるかしめ部３０によって固定される。

内輪１６は、軌道面１６Ａを含む。軌道面１６Ａは、内輪１６の外周面に形成されている。

複数の転動体１８ａは、外輪１２と内軸１４との間に配置される。複数の転動体１８ａは、保持器により、周方向に等間隔に配置される。複数の転動体１８ａの各々は、軌道面１２Ａと軌道面２６とに接触する。

複数の転動体１８ｂは、外輪１２と内輪１６との間に配置される。複数の転動体１８ｂは、保持器により、周方向に等間隔に配置される。複数の転動体１８ｂの各々は、軌道面１２Ｂと軌道面１６Ａとに接触する。

［軸受の製造方法］
軸受装置１０は、例えば、以下の製造方法によって製造される。

まず、外輪１２を準備する。外輪１２は、軌道面１２Ａ及び軌道面１２Ｂが所定の硬度を有するようにするため、焼入れ及び焼き戻しの加熱処理を行う。この焼き戻し処理には、後述する高周波誘導加熱装置１００を用いて行う。ここでは、外輪１２の内周面に設けられた軌道面１２Ａ及び１２Ｂを被加熱領域として、被加熱領域が均一に加熱されるように加熱を行う。また、内軸１４及び内輪１６を準備し、それぞれの軌道面２６及び１６Ａについても焼入れ及び焼き戻しの加熱処理を行う。

次に、外輪１２を内軸１４の周囲に配置する。このとき、軌道面１２Ａと軌道面２６との間に、複数の転動体１８ａを配置する。なお、シール部材は、外輪１２に圧入する。

続いて、内輪１６を内軸１４に固定する。具体的には、先ず、内輪１６を小径部１４Ｃの周囲に配置する。このとき、軌道面１２Ｂと軌道面１６Ａとの間に、複数の転動体１８ｂを配置する。その後、かしめ部３０により、内輪１６を内軸１４に固定する。これにより、軸受装置１０が製造される。

［高周波誘導加熱装置］
図２は、本実施形態に係る高周波誘導加熱装置１００を示す。図２は、軸受装置１０を示す。軸受装置１０の外輪１２は、この高周波誘導加熱装置１００によって加熱される被加熱体（ワーク）である。

図２は、高周波誘導加熱装置１００の一例を示す。高周波誘導加熱装置１００は、ここでは、外輪１２の軌道面１２Ａ，１２Ｂを均一に加熱するために用いられる。高周波誘導加熱装置１００は、電磁誘導コイル１０２と、コア１０４と、高周波電源１０６とを備える。また、図３は、高周波誘導加熱装置１００のうち電磁誘導コイル１０２の一部を拡大して示す。図３において、後述する本線部１０２Ａ、迂回部１０２Ｂの一部１０２Ｂａ、及び迂回部１０２Ｂの端部１０２Ｂｂの領域を分かりやすくするため、便宜的に各々の領域をハッチングにより区別している。

電磁誘導コイル１０２は、例えば、銅等の導電性材料からなるパイプで構成されている。電磁誘導コイル１０２は、一端が開口した環状に形成されている。電磁誘導コイル１０２の環状開口部分は給電リード１０８となっており、給電リード１０８において、導電性パイプの一端と他端とが近接している。導電性パイプの一端において、給電リード１０８の先端は、冷却水を供給する給水口１０９Ａとなっている。また、導電性パイプの他端において、給電リード１０８の先端は、導電性パイプ内を循環した冷却水を排出する排出口１０９Ｂとなっている。給電リード１０８には、高周波電源１０６が接続されている。導電パイプの一端と他端の給電リード１０８が近接した部分には、２つの給電リード１０８間に、絶縁シート１１０が設けられている。

電磁誘導コイル１０２は、図２及び図３、並びに後述する図４に示すように、ワークである外輪１２の取付部２２Ａの形状に応じた形状を有する。すなわち、図４に示す中心軸線Ｌ１に垂直な面を含む断面において、外輪１２のうち取付部２２Ａが存在しない領域（つまり、２つの取付部２２Ａに挟まれた領域）については、電磁誘導コイル１０２は、本線部１０２Ａとなっている。つまり、電磁誘導コイル１０２のうちの本線部１０２Ａと、外輪１２の取付部２２Ａとが、側面視で、環状領域（第１領域）に一列に並ぶように位置づけられる。

また、電磁誘導コイル１０２のうち本線部１０２Ａ以外は、図２及び図３に示すように、迂回部１０２Ｂとなっている。つまり、迂回部１０２Ｂは、隣接する２つの本線部１０２Ａを接続している。隣接する２つの本線部１０２Ａ間の迂回部１０２Ｂは、Ｕ字状を有する。迂回部１０２Ｂは、取付部２２Ａと離間している。迂回部１０２Ｂの一部１０２Ｂａは、取付部２２Ａと軸方向に離間すると共に、取付部２２Ａと並行して延びるように位置づけられている。つまり、迂回部１０２Ｂの一部１０２Ｂａは、本線部１０２Ａと平行に延びている。また、迂回部１０２Ｂの一部１０２Ｂａは、迂回部１０２Ｂの端部１０２Ｂｂのそれぞれは、隣接する本線部１０２Ａと接続されている。迂回部１０２Ｂの端部１０２Ｂｂのそれぞれは、軸方向に沿って延びている。なお、隣接する２つの本線部１０２Ａの間には、それぞれ迂回部１０２Ｂが設けられるので、電磁誘導コイル１０２には複数の迂回部１０２Ｂが形成されている。複数の迂回部１０２Ｂは、全て、本線部１０２Ａに対して、軸方向の一方側に位置づけられている。

コア１０４は、電磁誘導コイル１０２のうち、迂回部１０２Ｂの径方向内側面に設けられている。コア１０４は、例えば、迂回部１０２Ｂに接着されている。コア１０４は、強磁性体の材料で形成されている。コア１０４としては、例えば、フェライトコア等の磁性材料や珪素鋼板が挙げられる。コア１０４は、少なくとも、迂回部１０２Ｂのうち一部１０２Ｂａの内側面に接して設けられていればよい。また、コア１０４は、迂回部１０２Ｂの一部１０２Ｂａの内側面に加えて、迂回部Ｂの端部１０２Ｂｂの内側面に設けられていてもよい。

図４及び図５は、電磁誘導コイル１０２と、コア１０４と、高周波誘導加熱装置１００にセットされた被加熱体であるワーク（すなわち、外輪１２）との位置関係を示す。図４及び図５に示すように、外輪１２は、電磁誘導コイル１０２の迂回部１０２Ｂが取付部２２Ａと離間するように高周波誘導加熱装置１００の電磁誘導コイル１０２内に収容される。

図４に示すように、電磁誘導コイル１０２と外輪１２の本体１２１の外周面との離間幅ａは、取付部２２Ａが外輪１２の本体１２１の外周面から径方向に突出する突出幅ｂよりも小さく設定されている。これにより、電磁誘導コイル１０２をワークである外輪１２に接近させることができ、高周波誘導加熱装置１００の大きさを小型化することが可能となる。また、これにより、電磁誘導コイル１０２の加熱効率が高くなり、省電力化を図ることができる。

図６Ａは、図４のVIa−VIa線における断面図である。外輪１２のうち、図４に示す中心軸線Ｌ１に垂直な方向の断面において、取付部２２Ａが存在しない領域（つまり、２つの取付部２２Ａに挟まれた領域。）の第１軌道面１２Ａ及び第２軌道面１２Ｂの加熱について、図４及び図６Ａを参照して説明する。この領域では、電磁誘導コイル１０２の本線部１０２Ａを流れる電流により生じた磁界は、本線部１０２Ａを中心として本線部１０２Ａの周囲に形成される。この磁界による電磁誘導で、外輪１２の本体１２１が加熱される。本線部１０２Ａは、取付部２２Ａと周方向に一列に設けられ、取付部２２Ａが形成される軸方向位置は、軌道面１２Ａの軸方向位置と軌道面１２Ｂの軸方向位置の略中央部分であるので、軌道面１２Ａと本線部１０２Ａとの距離、及び軌道面１２Ｂと本線部１０２Ａとの距離は、ほぼ等しくなっている。従って、軌道面１２Ａと軌道面１２Ｂとを均一に加熱することができる。

また、図６Ｂ及び図６Ｃは、それぞれ、図４のVIb−VIb線、及びVIc−VIc線における断面図である。外輪１２の外周面に取付部２２Ａが設けられた領域では、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、電磁誘導コイル１０２のうちの迂回部１０２Ｂは、軌道面１２Ａよりに迂回するように位置づけられている。つまり、迂回部１０２Ｂと軌道面１２Ａとの距離が、迂回部１０２Ｂと軌道面１２Ｂとの距離より小さくなっている。

迂回部１０２Ｂと外輪１２との間には、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、迂回部１０２Ｂの内周面に接して、コア１０４が配置されている。そのため、迂回部１０２Ｂを流れる電流により生じた磁界は、コア１０４によって吸収されるので、迂回部１０２Ｂから外輪１２側には広がりにくい。従って、迂回部１０２Ｂを流れる電流から生じた磁界によって、外輪１２が加熱されにくくなる。

その一方で、取付部２２Ａは、迂回部１０２Ｂを流れる電流から生じた磁界により加熱される。取付部２２Ａに加えられた熱は、取付部２２Ａを伝導して、本体１２１に伝達される。取付部２２Ａと軌道面１２Ａとの距離、及び取付部２２Ａと軌道面１２Ｂとの距離がほぼ等しいので、軌道面１２Ａと軌道面１２Ｂとを均一に加熱することができる。

以上、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明は、高周波誘導加熱装置について有用であり、詳しくは、軸受装置の製造に用いる高周波誘導加熱装置について有用である。

１０軸受装置
１２外輪
１２Ａ軌道面
１２Ｂ軌道面
２２Ａ取付部（突出部）
１００高周波誘導加熱装置
１０２電磁誘導コイル
１０２Ａ本線部
１０２Ｂ迂回部
１０４コア

Claims

軸受装置の外輪を加熱する、高周波誘導加熱装置であって、
前記外輪は、
内周面に形成され、転動体が転動する環状の第１軌道面と、
前記第１軌道面と軸方向に離間して内周面に形成され、転動体が転動する環状の第２軌道面と、
外周面のうち、軸方向において、前記第１軌道面の軸方向位置と前記第２軌道面の軸方向位置に挟まれる位置に形成された、環状の第１領域と、
前記第１領域に設けられ、外周面から径方向外方に向かって突出し、周方向に間隔をあけて配置された複数の突出部と、
を備え、
前記高周波誘導加熱装置は、
前記外輪の径方向外方に前記外輪と非接触に位置づけられる環状の電磁誘導コイルと、
前記外輪と前記電磁誘導コイルとの間に配置されるコアと、
を備え、
前記電磁誘導コイルは、
前記第１領域における周方向で前記複数の突出部が存在しない領域を覆い、各突出部の周方向の間に配置される本線部と、
前記第１領域における周方向で前記複数の突出部が存在する領域において、各突出部を迂回する迂回部と、
を含み、
前記迂回部は、周方向に延びる第一部分と軸方向に延びる第二部分を含み、前記コアは、前記第一部分の径方向内側全部に配置される高周波誘導加熱装置。
請求項１に記載の高周波誘導加熱装置であって、
前記電磁誘導コイルと前記第１領域との離間幅は、前記突出部の前記第１領域からの径方向の突出幅よりも小さく設定された、高周波誘導加熱装置。