(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状導体部材からなり、該円筒状導体部材に対して所定間隔をおいて前記円筒状導体部材の外側に設置した円筒状被加熱部材の内周壁に誘導電流を発生させ、当該円筒状被加熱部材の内周壁に焼入層を形成する誘導加熱コイルであって、
複数の凹部を、前記円筒状導体部材の内周壁の周方向に所定間隔をおいて前記円筒状導体部材の内周壁に形成したことを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
電流が前記円筒状導体部材を周方向に流れることにより、前記円筒状被加熱部材の内周壁における前記各凹部に対向する部分に焼入層を一括形成することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、円筒状被加熱部材の内周表面を分割して加熱焼入れ処理する際に利用する誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒状被加熱部材の内周壁を全周にわたって焼入れする際に利用される加熱コイルとしては、例えば、本出願人により先に出願された特開昭５８−７３９９０号公報に記載された「誘導加熱コイル」等がある。
【０００３】
この誘導加熱コイルでは、被加熱部材となる小径筒体の内周壁に等間隔で横縞条焼入層を形成するように各巻回導体部を交互に巻回方向を変更するように形成するとともに、その各巻回導体部において発生する交番磁束が対向する被加熱部材となる小径筒体の所定内周壁にのみ集中するように、各巻回導体部に磁性体からなるコアを付加している。
【０００４】
したがって、この誘導加熱コイルを利用して加熱焼入れ処理される小径筒体内壁には、従来の全周焼入れによる歪みを発生させることなく、横縞状焼入層を形成して、被加熱部材となる小径筒体の所定内壁に耐摩耗性を付与している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような上記従来の誘導加熱コイルにあっては、被加熱部材となる小径筒体の内周壁に等間隔で横縞条焼入層を形成するように複数の巻回導体部を交互に巻回方向を変更するように形成するとともに、その各巻回導体部において発生する交番磁束が対向する被加熱部材となる小径筒体の所定内周壁にのみ集中するように、各巻回導体部に磁性体からなるコアを付加するという構成となっていたため、その誘導加熱コイルの構成が複雑になって製造コストを上昇させるという問題点があった。
【０００６】
また、その誘導加熱コイルの構成上、小径筒体あるいは大径筒体の内周壁に等間隔で横縞条焼入層を形成することにしか利用できないため、例えば、筒体の内周壁に対して任意の箇所を分割し、かつ一括で加熱焼入処理するといった要求に対しては、応ずることができないという問題点もあった。
【０００７】
さらに、誘導加熱コイルが複数の巻回導体部により構成されるため、その誘導加熱コイルに供給する電力が増大し、各巻回導体部における供給電力を一定に制御することも難しくなる。
【０００８】
〔目的〕
本発明は、筒体の内周壁の任意の箇所を部分分割して一括加熱焼入する処理を容易にする加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は次の通りである。
【００１０】
請求項１に係る発明は、
略円筒状導体部材からなり、該円筒状導体部材に対して所定間隔をおいて前記円筒状導体部材の外側に設置した円筒状被加熱部材の内周壁に誘導電流を発生させ、当該円筒状被加熱部材の内周壁に焼入層を形成する誘導加熱コイルであって、
複数の凹部を、前記円筒状導体部材の内周壁の周方向に所定間隔をおいて前記円筒状導体部材の内周壁に形成したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明の手段の作用は次の通りである。
【００１２】
本発明によれば、
略円筒状導体部材からなり、該円筒状導体部材に対して所定間隔をおいて前記円筒状導体部材の外側に設置した円筒状被加熱部材の内周壁に誘導電流を発生させ、当該被加熱部材の内周壁に焼入層を形成する誘導加熱コイルであって、
複数の凹部を、前記円筒状導体部材の内周壁の周方向に所定間隔をおいて前記円筒状導体部材の内周壁に形成することによって、当該各凹部に対向する前記円筒状被加熱部材の内周壁が分割加熱され、当該円筒状被加熱部材の内周壁の周方向に部分分割焼入層が一括して形成される。
【００１３】
したがって、筒体内周壁の周方向の任意の位置を部分分割して加熱焼入れする処理を一括して行うことができ、より多くの焼入れパターンの要求に容易に対応することができる。
【００１４】
また、その構造が単純であるため、電源装置からの供給電流量を少なくし、かつ供給電流量の制御も容易にでき、電源装置における電力負担及び制御負担を軽減することができ、この誘導加熱コイルを利用するシステムの低コスト化を図ることができる。このため、誘導加熱コイル自身の消耗度合も低減し、長寿命化を実現することができ、メンテナンスコストも低減することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を図を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図８は、本発明に係る誘導加熱コイルの一実施例を示す図である。
【００１７】
図１は、誘導加熱コイル１（以下、加熱コイル１という）の外観斜視図である。図１において、加熱コイル１は、円筒状導体部材２により形成され、その内周壁３に、当該円筒状導体部材２の肉厚を部分的に薄くする凹部４，４，…が周方向に、約３０゜づつ間隔をおいて１２箇所に形成されるとともに、加熱コイル１に外部のインバータ電源装置（図示せず）との間に接続される供給電流用ケーブルを接続するためのケーブル接続部５ａ，５ｂが形成されている。
【００１８】
このケーブル接続部５５ａ，５ｂの間に絶縁部材６を挟むことによって、１ターンの加熱コイルが形成されている。
【００１９】
本実施例の加熱コイル１は、円筒状の被加熱部材の内壁を一括して加熱焼入れするためのものであり、図２に示す平面図のように、円筒状の被加熱部材１１の内周壁１２から所定間隔をおいた位置に加熱コイル１が設置される。この図２では、加熱コイル１の平面上で被加熱部材１１をカットした断面を示しており、加熱コイル１の各凹部４が形成された位置に対向する被加熱部材１１の内周壁１２に焼入層が形成される様子を示している。
【００２０】
すなわち、図２の一部を拡大して示す図３において、被加熱部材１１と加熱コイル１の凹部４が形成されていない凸部１ａとのＡ−Ａ線矢視断面図と、被加熱部材１１と加熱コイル１の凹部４とのＢ−Ｂ線矢視断面図を図３に示して着目すると、円筒状導体部材を流れる高周波電流は、高周波電流の特徴である近接効果により被加熱部材により近い側を流れる性質がある。このため、図４に示すように円筒状導体部材の外側を流れる電流路として流れる。
【００２１】
ここで、円筒状導体部材の電流路を図４に示す仮想的な電流路Ｏ1と考えた場合、円筒状導体部材に流れる電流により発生する磁束Φは、図３に示したようになる。但し、図３において、磁束Φの添え字番号は、Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ断面では等間隔である。この時、円筒状導体部材のＡ−Ａ線に沿った厚さをｔaとし、Ｂ−Ｂ線に沿った厚さをｔb とした場合、"ｔb ＜ｔa "となっている。
【００２２】
高周波電流Ｏ1により発生する磁束Φは、それぞれの導体面上に示すと図４のようになるが、図３の磁束Φ5、磁束Φ6の場合、Ｂ−Ｂ断面の厚さｔb は、導体部材の一方端よりはずれるが、Ａ−Ａ断面の厚さｔa の場合は、導体部材を導体厚み方向で切るように発生することになる。これは磁束Φ5、磁束Φ6は、Ａ−Ａ断面の厚さｔa の場合、導体部材の一部を自己加熱（ローカルヒーティング）する結果となり、得られる磁束Φの強さは、Ｂ−Ｂ断面の厚さｔb の場合に比べ弱くなる。このため、被加熱部材に流れる誘導電流の近接効果が弱くなり、Ｂ−Ｂ断面の厚さｔb に比べＡ−Ａ断面の厚さｔa の加熱効果は弱くなる。
【００２３】
これに対し、Ｂ−Ｂ断面の厚さｔb の磁束は強くなり、誘導電流の近接効果が強くなり、結果として円筒状導体部材凹部に対応する部分の被加熱部材の内周壁は、より強く加熱され、図２に示すように、被加熱部材１１の内周壁１２の周方向に部分的に焼入層１２ａを一括して形成することが可能となる。また、その加熱焼入処理された被加熱部材１１の内周壁１２の表面を、図５（ａ）に示すように展開すると、その焼入層１２ａが、内周壁１２の周方向を部分分割するように形成されている。
【００２４】
また、加熱コイル１を被加熱部材１１の軸上を移動しながら加熱焼入処理を繰り返し行うことによって、図５（ｂ）に示すように、２条に部分分割焼入層を形成することもできるし、さらに、その軸上を移動する際に、加熱コイル１を所定角度回転させることによって、図５（ｃ）に示すように、２条の部分分割焼入層を千鳥状に形成することもできる。
【００２５】
本実施例の加熱コイル１による筒体の被加熱部材１１の内周壁１２に対する焼入れパターンは、この図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように２条にわたって形成する場合に限らず、より多くの複数条にわたって形成することが可能であることは勿論である。また、加熱コイル１に形成する凹部４の間隔は、その加熱焼入れ間隔が重ならない程度に任意に変更可能であり、顧客の要求する多くの部分加熱焼入れパターンに充分に応じることができる。
【００２６】
また、加熱コイル１の各凹部４，４，…にコア２１，２１，…を取り付けた場合の外観図を図６に示す。また、図７に、この図７の加熱コイル１に被加熱部材１１をセットした場合の平面図を示す。
【００２７】
このように、各凹部４にコア２１を取り付けることによって、図８に示すように、凹部４に対向する被加熱部材１１の内周壁１２との間に発生する交番磁束Φ３は、前方に集中するようになり、その内周壁１２に形成する部分分割焼入層１２ａをより深く形成することができる。
【００２８】
したがって、より深い部分分割焼入層の形成を望む顧客に対しては、コア２１を取り付けることで容易に対応することができる。
【００２９】
但し、コア２１を取り付けた場合は、加熱の進行する速度が早まり、部分焼入層を形成する間隔が狭すぎると、各部分焼入層がつながってしまう可能性があるため、コア２１を取り付けない場合に比べて凹部４を形成する間隔を広げる必要がある。
【００３０】
以上のように、本実施例の加熱コイル１は、その円筒状導体部材２により形成され、その内周壁３に、当該円筒状導体部材２の肉厚を部分的に薄くする凹部４，４，…を周方向に、所定間隔をおいて複数箇所に形成するようにしただけであるため、加熱コイル１の構造が単純化されて従来の誘導加熱コイルに比べて低コストで製作することができる。
【００３１】
また、その加熱コイル１の構造上、被加熱部材である筒体内周壁との間隔を周方向で一定に保つように調整することが容易にでき、筒体内周壁の周方向の任意箇所を加熱焼入する処理を一括して容易にできる。
【００３２】
このため、例えば、フランジ付シャフトの一発焼きにおいて、本発明の誘導加熱コイルを利用すれば、従来の誘導加熱コイルのようにコアを使用しなくても、焼入れ深さを容易に調整することができる。
【００３３】
さらに、本実施例の加熱コイル１は、１ターン構成であるため、外部の電源装置からの供給電流量を少なくし、かつ供給電流量の制御も容易にでき、インバータ電源装置における電力負担及び制御負担を軽減することができる。このため、加熱コイル１自身の消耗度合も低減し、長寿命化を実現することができ、メンテナンスコストも低減することができる。
【００３４】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記加熱コイル１に形成する凹部４の間隔を、その加熱焼入層が重ならない程度に任意に変更可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の誘導加熱コイルによれば、筒体内周壁の周方向の任意の位置を部分分割して加熱焼入れする処理を一括して行うことができ、より多くの焼入れパターンの要求に容易に対応することができる。
【００３６】
また、その構造が単純であるため、電源装置からの供給電流量を少なくし、かつ供給電流量の制御も容易にでき、電源装置における電力負担及び制御負担を軽減することができ、この誘導加熱コイルを利用するシステムの低コスト化を図ることができる。このため、誘導加熱コイル自身の消耗度合も低減し、長寿命化を実現することができ、メンテナンスコストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱コイルの一実施例の外観斜視図。
【図２】図１の誘導加熱コイルに筒体被加熱部材をセットした場合の平面図。
【図３】図４のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図４】図２の誘導加熱コイルと被加熱部材の内周壁との間に発生する交番磁束の状態を示す図。
【図５】（ａ）は図２の被加熱部材の内周壁を展開して焼入層の形成パターンを示す図。
（ｂ）は本発明の誘導加熱コイルによるその他の焼入層の形成パターンを示す図。
（ｃ）は本発明の誘導加熱コイルによるその他の焼入層の形成パターンを示す図。
【図６】図１の誘導加熱コイルにコアを取り付けた場合の外観斜視図。
【図７】図６の誘導加熱コイルに筒体被加熱部材をセットした場合の平面図。
【図８】図７の凹部被加熱部材の内周壁との間に発生する交番磁束の状態を示す図。
【符号の説明】
１    誘導加熱コイル
２    円筒状導体部材
３    内周壁
４    凹部
５ａ，５ｂ    ケーブル接続部
６    絶縁部材
７    外周壁
１１    被加熱部材
１２    内周壁
１２ａ  焼入層
２１    コア
【図１】
0003578785.tif 000002
【図２】
0003578785.tif 000003
【図３】
0003578785.tif 000004
【図４】
0003578785.tif 000005
【図５】
0003578785.tif 000006
【図６】
0003578785.tif 000007
【図７】
0003578785.tif 000008
【図８】
0003578785.tif 000009