(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面を被処理部とする処理対象物の周りに複数の加熱コイルを配し、当該処理対象物と当該各加熱コイルの少なくとも一方の回転移動により、当該処理対象物の被処理部の周方向に沿って当該処理対象物と当該加熱コイルとを相対的に移動させ、当該処理対象物の被処理部を誘導加熱する誘導加熱焼入装置であって、
当該処理対象物は、軸方向において凹部と凸部とが形成された段付きの外周面を被処理部とし、
当該加熱コイルは、当該処理対象物の凹部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凹部を誘導加熱する第１加熱コイルと、当該処理対象物の凸部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凸部を誘導加熱する第２加熱コイルとからなり、
当該第１加熱コイル又は第２加熱コイルのうち少なくとも一方は、前記回転の軸方向の一方側に開口する曲部と、当該軸方向の他方側に開口する曲部とが、交互に前記周方向に沿って配置されて連続したジグザグ形状を成す加熱導体部を有することを特徴とする誘導加熱焼入装置。
【請求項２】
前記第１加熱コイルと前記第２加熱コイルとは、前記処理対象物の周方向において互いに離間し、交互に配置されることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項３】
前記曲部は、隣り合う曲部との間隔が、前記加熱導体部の幅寸法の１倍以上、かつ、２倍以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項４】
前記被処理部は前記周方向に沿う無端のループ状に連続することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項５】
前記処理対象物がさらに円環形の平面状端面を被処理部として備え、当該平面状端面の被処理部と対向して当該平面状端面の被処理部を誘導加熱する加熱コイルを配し、当該処理対象物と当該加熱コイルの少なくとも一方の回転移動により、当該処理対象物の平面状端面の被処理部の周方向に沿って、当該処理対象物と当該加熱コイルを相対的に移動させ、当該処理対象物の平坦状端面の被処理部を誘導加熱するものであって、
当該平坦状端面の被処理部を加熱する加熱コイルは、前記回転の軸方向に対して交差して配される加熱導体部を備え、
当該加熱導体部は、交互に対向する向きで前記回転の周方向に沿って連続して配置される複数の曲部と、当該対向する曲部の間に配されて当該周方向に対して交差して延びる導体部分とによりジグザグ形状を成すと共に、
当該曲部は、前記回転方向に交差する方向の一方側である外側向きに開口する曲部と、当該回転方向に交差する方向の他方側である径方向内側向きに開口する曲部であり、
前記導体部分は、前記回転移動の中心から遠くに位置して前記径方向内側向きに開口する前記曲部側の前記周方向の長さが、前記回転移動の中心から近くに位置して外側向きに開口する前記曲部側の前記周方向の長さに比べて長くなるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項６】
前記導体部分は、その断面積が一定であって、当該導体部分の仮想中心線と前記周方向とが成す角度は、前記回転移動の中心から遠くに位置して前記径方向内側向きに開口する前記曲部側が、前記回転移動の中心から近くに位置して前記外側向きに開口する前記曲部側に比べて小さくなるように曲成されたことを特徴とする請求項５記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項７】
前記平面状端面の被処理部は前記周方向に沿う無端のループ状に連続することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項８】
前記処理対象物は、前記平面状端面が傾斜する鼓形状をなすことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項９】
前記処理対象物は、中空体であって、前記平面状端面が軸方向及び周方向に対して傾斜した内周面であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項１０】
前記加熱コイルの加熱導体部により加熱される前記被処理部の各々の領域が、１つの連続した加熱領域をなすことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項１１】
前記被処理部の前記周方向における全行程において前記加熱コイルによる加熱処理が施された後に前記被処理部の冷却処理を行う冷却部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項１２】
外周面を被処理部とする処理対象物の周りに複数の加熱コイルを配し、当該処理対象物と当該各加熱コイルの少なくとも一方の回転移動により、当該処理対象物の被処理部の周方向に沿って当該処理対象物と当該加熱コイルを相対的に移動させながら、前記被処理部に対して前記複数の加熱コイルによる熱処理を施す移動加熱工程を備え、
当該処理対象物は、軸方向において凹部と凸部とが形成された段付きの外周面を被処理部とし、
当該加熱コイルは、当該処理対象物の凹部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凹部を誘導加熱する第１加熱コイルと、当該処理対象物の凸部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凸部を誘導加熱する第２加熱コイルであり、各加熱コイルにより加熱される前記被処理部の各々の領域が、１つの連続した加熱領域をなし、
当該第１加熱コイル又は第２加熱コイルのうち少なくとも一方は、前記回転の軸方向の一方側に開口する曲部と、当該軸方向の他方側に開口する曲部とが、交互に前記周方向に沿って配置されて連続したジグザグ形状を成す加熱導体部を有することを特徴とする誘導加熱焼入方法。
【請求項１３】
前記被処理部の前記周方向における全行程に対する移動加熱工程の後に、前記被処理部を冷却する冷却工程を備えたことを特徴とする請求項１２記載の誘導加熱焼入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱焼入装置及び誘導加熱焼入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部材に高周波焼入れ等の熱処理を行う誘導加熱焼入方法において、被処理部に対向する誘導加熱コイルを用いて処理を行う誘導加熱焼入方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。通常、このような誘導加熱焼入方法では、被処理部の大きさ、形状、求められる加熱領域に応じた形状や条件設定で、誘導加熱コイルを用いて加熱処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４４８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術には以下のような問題がある。すなわち、上述の加熱方式の誘導加熱焼入装置では、被処理部の大きさや形状に対応する誘導加熱コイルを用いる必要があるため、例えば被処理部の形状が複雑な場合には、誘導加熱コイルの形状や条件設定が複雑なものとなり、実現が困難あるいは不可能となる。また、被処理部が大きい場合には大型の誘導加熱コイルが必要となり、高出力の電力を要するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、高い電力を必要とせず、所望の加熱領域の熱処理を容易に実現出来る誘導加熱焼入装置及び誘導加熱焼入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の誘導加熱焼入装置は、外周面を被処理部とする処理対象物の周りに複数の加熱コイルを配し、当該処理対象物と当該各加熱コイルの少なくとも一方の回転移動により、当該処理対象物の被処理部の周方向に沿って当該処理対象物と当該加熱コイルを相対的に移動させ、当該処理対象物の被処理部を誘導加熱するものであって、当該処理対象物は、軸方向において凹部と凸部とが形成された段付きの外周面を被処理部とし、当該加熱コイルは、当該処理対象物の凹部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凹部を誘導加熱する第１加熱コイルと、当該処理対象物の凸部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凸部を誘導加熱する第２加熱コイルとからなり、当該第１加熱コイル又は第２加熱コイルのうち少なくとも一方は、前記回転の軸方向の一方側に開口する曲部と、当該軸方向の他方側に開口する曲部とが、交互に前記周方向に沿って配置されて連続したジグザグ形状を成す加熱導体部を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の誘導加熱焼入装置は、前記第１加熱コイルと前記第２加熱コイルとが、前記処理対象物の周方向において互いに離間し、交互に配置されることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の誘導加熱焼入装置において、前記曲部は、隣り合う曲部との間隔が、前記加熱導体部の幅寸法の１倍以上、かつ、２倍以下であることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明の誘導加熱焼入装置は、前記被処理部が前記周方向に沿う無端のループ状に連続することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の誘導加熱焼入装置は、前記処理対象物がさらに円環形の平面状端面を被処理部として備え、当該平面状端面の被処理部と対向して当該平面状端面の被処理部を誘導加熱する加熱コイルを配し、当該処理対象物と当該加熱コイルの少なくとも一方の回転移動により、当該処理対象物の平面状端面の被処理部の周方向に沿って、当該処理対象物と当該加熱コイルとを相対的に移動させ、当該処理対象物の平坦状端面の被処理部を誘導加熱するものであって、当該平坦状端面の被処理部を加熱する加熱コイルが、前記回転の軸方向に対して交差して配される加熱導体部を備え、当該加熱導体部が、交互に対向する向きで前記回転の周方向に沿って連続して配置される複数の曲部と、当該対向する曲部の間に配されて当該周方向に対して交差して延びる導体部分とによりジグザグ形状を成すと共に、当該曲部が、前記回転方向に交差する方向の一方側である外側向きに開口する曲部と、当該回転方向に交差する方向の他方側である径方向内側向きに開口する曲部であり、前記導体部分は、前記回転移動の中心から遠くに位置して前記径方向内側向きに開口する前記曲部側の前記周方向の長さが、前記回転移動の中心から近くに位置して外側向きに開口する前記曲部側の前記周方向の長さに比べて長くなるように構成されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の誘導加熱焼入装置において、前記導体部分は、その断面積が一定であって、当該導体部分の仮想中心線と前記周方向とが成す角度は、前記回転移動の中心から遠くに位置して前記径方向内側向きに開口する前記曲部側が、前記回転移動の中心から近くに位置して前記外側向きに開口する前記曲部側に比べて小さくなるように曲成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の誘導加熱焼入装置において、前記平面状端面の被処理部は前記周方向に沿う無端のループ状に連続することが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の誘導加熱焼入装置において、前記処理対象物は、前記平面状端面が傾斜する鼓形状をなすことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の誘導加熱焼入装置において、前記処理対象物は、中空体であって、前記平面状端面が軸方向及び周方向に対して傾斜した内周面であることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の誘導加熱焼入装置は、前記加熱コイルの加熱導体部により加熱される前記被処理部の各々の領域が、１つの連続した加熱領域をなすことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の誘導加熱焼入装置は、前記被処理部の前記周方向における全行程において前記加熱コイルによる加熱処理が施された後に前記被処理部の冷却処理を行う冷却部を備えることが好ましい。
【００１７】
本発明の誘導加熱焼入方法は、外周面を被処理部とする処理対象物の周りに複数の加熱コイルを配し、当該処理対象物と当該各加熱コイルの少なくとも一方の回転移動により、当該処理対象物の被処理部の周方向に沿って当該処理対象物と当該加熱コイルを相対的に移動させながら、前記被処理部に対して前記複数の加熱コイルによる熱処理を施す移動加熱工程を備え、当該処理対象物は、軸方向において凹部と凸部とが形成された段付きの外周面を被処理部とし、当該加熱コイルは、当該処理対象物の凹部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凹部を誘導加熱する第１加熱コイルと、当該処理対象物の凸部の外周面領域に対向して配置されて当該処理対象物の凸部を誘導加熱する第２加熱コイルであり、各加熱コイルにより加熱される前記被処理部の各々の領域が、１つの連続した加熱領域をなし、当該第１加熱コイル又は第２加熱コイルのうち少なくとも一方は、前記回転の軸方向の一方側に開口する曲部と、当該軸方向の他方側に開口する曲部とが、交互に前記周方向に沿って配置されて連続したジグザグ形状を成す加熱導体部を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の誘導加熱焼入方法は、前記被処理部の前記周方向における全行程に対する移動加熱工程の後に、前記被処理部を冷却する冷却工程を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高い処理効率で、所望の加熱領域の熱処理を容易に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る誘導加熱焼入装置を図２におけるＦ２−Ｆ２線で切断し矢印方向に見た断面図。
【図２】同実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す平面図。
【図３】同実施形態に係る第１誘導加熱焼入装置を示す平面図。
【図４】同実施形態に係る第１加熱コイルを示す正面図。
【図５】同実施形態に係る第２誘導加熱焼入装置を示す平面図。
【図６】同実施形態に係る第２加熱コイルを示す正面図。
【図７】同実施形態に係る加熱コイルの断面構造を示す説明図。
【図８】同実施形態に係る第１及び第２の加熱領域の説明図。
【図９】同実施形態に係る第３の加熱領域の説明図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る誘導加熱焼入装置の加熱導体部の構成を示す説明図。
【図１１】同誘導加熱焼入装置の加熱導体部分の構成を示す説明図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る誘導加熱焼入装置の要部を示す説明図。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置に組み込まれた加熱コイルの説明図。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置に組み込まれた加熱コイルの正面図。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【図１９】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【図２０】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【図２１】本発明の他の実施形態に係る誘導加熱焼入装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱焼入装置、及び誘導加熱焼入方法について、図１乃至図９を参照して説明する。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。
【００２２】
図１は本実施形態に係る誘導加熱焼入装置１の構成を示す断面図、図２は平面図である。図１及び図２に示すように、誘導加熱焼入装置１は、処理対象物であるワーク１２を移動可能に支持する移動支持部（移動手段）と、ワーク１２の外周にそれぞれ複数配置された各加熱装置１０Ａ、１０Ｂと、ワーク１２の加熱処理工程の後にワーク１２を冷却する冷却部（冷却手段）と、を備えて構成される。下方に設けられた冷却部１３は、加熱処理後に下方に移動したワーク１２の外側を囲むように筒状に構成され、内側の空間１３ａに配されたワーク１２を冷却する。
【００２３】
本実施形態においては、例えば段差を有する円筒形状のワーク１２を用い、このワークの段付きの外周面を被処理部Ａとする。
【００２４】
処理対象物の一例としてのワーク１２は、軸Ｃ１を中心とした段付きの円筒状部材であり、軸方向中央に内側に凹んだ凹部１２ａが形成され、軸方向両端に外側に突出した凸部１２ｂが形成されている。例えばここでは凸部外側半径ｒ１＝１８００ｍｍ、凹部外側半径ｒ２＝１７８０ｍｍ、内径半径ｒ３＝１７００ｍｍ、軸方向（第２方向）長さｈ１＝２５０ｍｍのワーク１２を用いる。なお、外側肉厚δ１＝１００ｍｍ、内側肉厚δ２＝８０ｍｍである。
【００２５】
ワーク１２を軸Ｃ１を中心に回転移動させながら、ワーク１２の周りの所定の経路に沿って配された複数の第１加熱装置１０Ａと複数の第２加熱装置１０Ｂとにより、無端のループ状である円形状に連続する被処理部Ａをループの連続方向である周方向全域にわたって加熱する。
【００２６】
被処理部Ａのうち、軸方向中央の凹部１２ａの外周面領域を第１領域Ａ１とし、軸方向両端の一対の凸部１２ｂの外周面領域を第２領域Ａ２とする。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、処理対象物の軸方向において互いに離間しているとともに径方向においても互いに離間している。第１領域Ａ１は、軸方向長さｈ２＝１５０ｍｍの円形の帯状領域であり、一対の第２領域Ａ２はそれぞれ軸方向長さｈ３＝５０ｍｍの円形の帯状領域である。
【００２７】
図２に示すように、複数の第１加熱装置１０Ａは、周方向に沿う経路において、中心角９０度で互いに離間する４箇所に、それぞれ配置されている。第２加熱装置１０Ｂは、周方向に沿う経路において、中心角９０度で互いに離間する４箇所に配置され、それぞれの箇所において上下一対の凸部１２ｂに対応するように軸方向に２つずつ並列配置されている。
【００２８】
第１加熱装置１０Ａと第２加熱装置１０Ｂとは互いに周方向及び軸方向に離間して交互に配置されている。
【００２９】
第１領域Ａ１に対向して、所定のギャップ寸法Ｇ１を確保して、第１加熱装置１０Ａの第１の加熱導体部３１Ａが配置される。第１加熱装置１０Ａは、ワーク１２の外周の被処理部Ａのうち第１領域Ａ１を重点的に誘導加熱する。第２領域Ａ２に対向して、所定のギャップ寸法Ｇ２を確保して、第２加熱装置１０Ｂの加熱導体部３１Ｂが配置される。第２加熱装置１０Ｂは、第２領域Ａ２を重点的に誘導加熱する。
【００３０】
この実施形態では、軸Ｃ１を中心としてワーク１２の外周面に沿う周方向Ｒを第１方向とし、ワーク１２の軸方向であるＺ方向を第２方向とする。なお、ワーク１２は段付き形状であるので、第１加熱導体部と第２加熱導体部とでは周方向Ｒの半径寸法が異なるが、ワーク１２を軸Ｃ１を中心に回転させることで、両方の周方向に沿って移動することとなる。周方向Ｒ１及びＲ２を含む経路を移動経路として規定するとともに、Ｒ１及びＲ２を含めＣ１を中心とした回転方向を第１方向Ｒとする。周方向Ｒ１の半径は凹部１２ａの外径寸法の半径寸法ｒ２にギャップ寸法Ｇ１を足した値であって、ｒ２＋Ｇ１となる。周方向Ｒ２の半径は凸部１２ｂの外径寸法の半径寸法ｒ１に、ギャップ寸法Ｇ２を足した値であって、ｒ１＋Ｇ２となる。
【００３１】
図１乃至図４に示すように、複数の第１加熱装置１０Ａ及び第２加熱装置１０Ｂは、それぞれ電源供給手段としての高周波電源２１と、高周波電源２１に接続されるリード線２２、２３と、リード線２２，２３に接続される一対の導電板２４，２５を備えるスペーサ２８と、両端が一対の導電板２４，２５にそれぞれ接続された誘導加熱コイル２６と、誘導加熱コイル２６の加熱導体部３１Ａ，３１Ｂの裏側に配置されるコア２７とを備えて構成されている。
【００３２】
加熱装置１０Ａの誘導加熱コイル２６は、ワーク１２の第１領域Ａ１に対向するジグザグ形状の加熱導体部３１Ａと、加熱導体部３１Ａの一端側３１ａに連続する第１の接続導体部３２と、加熱導体部３１Ａの他端側３１ｂに連続する第２の接続導体部３３と、をそれぞれ連続して一体に備えている。
【００３３】
図４に示すように、第１加熱装置１０Ａの加熱導体部３１Ａは、複数のコ字状の屈曲部３４、３５がＺ方向における中央に向かって開口して、交互に対向する向きで、周方向Ｒに沿って複数連続して配置されるジグザグ形状を成す。屈曲部３４は下向きに開口したコ字形状を成し、屈曲部３５は上向きに開口したコ字形状を成す。隣り合うコイルの間隔Ｒ５は、コイル幅であるＲ４の寸法の１倍以上、かつ、２倍以下に設定する。ここでは、一例として、４つの加熱導体部３１Ａの第１方向の寸法ｌ１の合計が、第１領域Ａ１の第１方向の全周の寸法の１／３程度に設定されている。すなわち、第１領域Ａ１に対する１つの加熱導体部３１Ａの第１方向の寸法の割合であるカバー率は１／１２、中心角α１は３０度に設定されている。
【００３４】
図５及び図６に示すように、第２加熱装置１０Ｂの誘導加熱コイル２６は、ワーク１２の第２領域Ａ２に対向するヘアピン形状の加熱導体部３１Ｂと、加熱導体部３１Ｂの一端側３１ａに連続する第１の接続導体部３２と、加熱導体部３１Ｂの他端側３１ｂに連続する第２の接続導体部３３と、を連続して一体に備えている。加熱導体部３１Ｂは正面視において図６中左側の一端側３１ａから矩形の枠形状に屈曲して他端側３１ｂが一端側３１ａの図中下方に戻るように構成され、図中左側の両端３１ａ，３１ｂにおいて接続導体部３２、３３に連続している。なお、第２加熱装置１０Ｂのカバー率は、第１加熱装置１０Ａと同じにするとは限らず、ワークの形状に対応して変わる。
【００３５】
各加熱装置１０Ａ，１０Ｂにおいて、第１の接続導体部３２と第２の接続導体部３３とは、スペーサ２８を挟んで配置されている。スペーサ２８は、それぞれ矩形の平板状を成す一対の導電板２４，２５と、これら一対の導電板２４，２５の間に挟まれる矩形の平板状の絶縁板３８とが重ねて配置されるとともに、これら導電板２４，２５及び絶縁板３８が絶縁ブッシュ３９を介してボルト４１及びナット４２により固定されて構成されている。各導電板２４，２５は、リード線２２，２３を介して高周波電源２１に接続されている。第１の接続導体部３２及び第２の接続導体部３３の端部には冷却液用のホースなどの部品を接続するためのカップラ３６、３６（一方のみ図示）がそれぞれ設けられている。
【００３６】
図７にその断面を示すように、誘導加熱コイル２６は銅などの材質から例えば矩形の中空形状に形成されている。この中空部分２６ａは冷却液が流通する通路となる。コア２７は、ケイ素鋼板、ポリアイアンコア、フェロトン等の高透磁率を有する材料からなり、加熱導体部３１Ａ，３１Ｂの裏側に配置されている。コア２７は、加熱導体部３１Ａ、３１Ｂの両側部及び後方の壁部を一体に備える断面コ字形状に形成されている。
【００３７】
図１に示す移動支持部１１は、ワーク１２を、所定位置にセットした状態で、軸Ｃ１を中心に回転移動させる機能を有する。このとき、移動支持部１１は、加熱導体部３１Ａと第１領域Ａ１との間のギャップ寸法Ｇ１を所定値に維持するとともに、加熱導体部３１Ｂと第２領域Ａ２との間のギャップ寸法Ｇ２を所定値に維持するように制御する。
【００３８】
以上のように、第１加熱導体部３１Ａと第２加熱導体部３１Ｂとは互いに異なる形状を有するとともに軸方向に沿って離間しており、各領域Ａ１，Ａ２の大きさ、形状、及び位置も互いに異なっている。このため、図８に示すように、凹部１２ａのＺ方向中央部を中心として形成される第１の加熱領域Ｐ１と、上下一対の凸部１２ｂのＺ方向中央を中心として形成される第２の加熱領域Ｐ２とは軸方向において異なる加熱領域を対象としている。
【００３９】
以下、本実施形態にかかる誘導加熱焼入方法について説明する。本実施形態の誘導加熱焼入方法は、被処理部Ａを加熱しながら被処理部Ａと加熱導体部３１Ａ，３１Ｂを相対移動させる移動加熱工程と、移動加熱工程後に被処理部Ａを冷却する冷却工程とで構成される。
【００４０】
移動加熱工程においては、第１加熱導体部３１Ａに被処理部Ａの一部である第１領域Ａ１を対向させるとともに、第１加熱導体部３１Ａによる第１の加熱領域Ｐ１とは異なる第２の加熱領域Ｐ２を有する第２加熱導体部３１Ｂに被処理部Ａの少なくとも一部である第２領域Ａ２を対向させ、被処理部Ａに対して第１加熱導体部３１Ａ及び第２加熱導体部３１Ｂで加熱しながら、第１加熱導体部３１Ａ及び第２加熱導体部３１Ｂに対して所定の第１方向Ｒに沿って領域Ａ１、Ａ２を相対的に移動させる。
【００４１】
具体的には、加熱導体部３１Ａ、３１Ｂをそれぞれ第１領域Ａ１，Ａ２に対向させた状態で、高周波電源２１をＯＮ状態とすると、高周波電流が、リード線２２、第１の導電板２４、第１の接続導体部３２、加熱導体部３１、第２の接続導体部３３、第２の導電板２５、及びリード線２３、を順に経て、高周波電源２１に戻る。このとき、加熱導体部３１Ａ，３１Ｂにおいて高周波電流が一端３１ａ側から他端３１ｂ側へ向かって流れ、加熱導体部３１Ａ，３１Ｂの表面に誘導電流が発生し、対向配置される領域Ａ１、Ａ２がそれぞれ重点的に加熱される。すると、軸方向及び径方向において一定距離離間した複数箇所において、同時に加熱がなされる。すなわち、互いに離間した各箇所においてそれぞれ対向するワーク１２の表面に加熱処理を施す。
【００４２】
この加熱処理を行いながら、移動支持部１１により、ギャップ寸法Ｇ１、Ｇ２を所定値に維持した状態で、ワーク１２を軸Ｃ１を中心として回転することで、加熱導体部３１Ａ、３１Ｂに対して被処理部Ａを、第１方向Ｒに沿って、所定の速度で相対移動させる。例えばここでは、電力を１００〜１５０ｋＷ、ギャップ寸法Ｇ１，Ｇ２＝２．５ｍｍを維持しながら、２００〜３００ｍｍ／ｓｅｃの速度で相対移動させる。
【００４３】
この移動加熱工程によって、被処理部Ａの各部位において前記第１加熱導体部による第１熱処理と前記第２加熱導体部による第２加熱とが順番に施される。ここではワーク１２を９０度回転させることにより被処理部Ａの全周にそれぞれ第１及び第２の加熱がなされる。複数の加熱導体部３１Ａ，３１Ｂにより加熱される被処理部Ａの各々の加熱領域Ｐ１，Ｐ２は１つの連続した加熱領域Ｐ３を形成する。このため、図８及び図９に示すように、第１及び第２の加熱領域Ｐ１，Ｐ２が合成され、所望の第３の加熱領域Ｐ３で熱処理が行われることとなる。
【００４４】
ついで、被処理部の前記第１方向における全行程に対する移動加熱工程の後に、移動支持部１１は、ワーク１２を軸方向に沿って下方の冷却部１３に移動させる。冷却部１３は冷却ジャケットに囲まれた冷却領域である空間１３ａに配置されたワーク１２を冷却液で冷却する（冷却工程）。
【００４５】
本実施形態にかかる誘導加熱コイル、誘導加熱焼入装置及び誘導加熱焼入方法によれば、以下のような効果が得られる。
【００４６】
上記実施形態によれば、複数の加熱導体部３１Ａ，３１Ｂを組み合わせて熱処理を行うことにより、位置が異なる複数の加熱領域を合成し、１つの連続した加熱領域を得ることができるため、単純な構成で所望の加熱領域の熱処理を実現することが可能となる。被処理部の形状が複雑な場合にも、単純な構成で均一な所望の熱処理が実現できる。
【００４７】
また、軸方向に広い領域である第１領域Ａ１を加熱する第１の加熱導体部３１Ａを、複数の曲部を連続して有するジグザグ形状としたことにより、強磁界を確保できるとともに、良好な温度パターンが得られる。このため、少ない電力で、高速かつ均一な熱処理が可能となる。本実施形態にかかるジグザグ形状の加熱導体部３１を用いた場合には、電力１００ｋＷとして第１領域Ａ１の表面の到達温度８５０度にする場合には２００〜３００ｍｍ／ｓｅｃの速度とし、加熱時間＝３００ｓで実現できる。すなわち、ジグザグ形状の加熱導体部３１を有する誘導加熱コイル２６を用いることで、例えば第１領域Ａ１に対応するヘアピン状の誘導加熱コイルでは実現できない移動式の部分加熱による大型ワークの熱処理が実現可能となる。例えばヘアピン状の誘導加熱コイルでの平面（端面）加熱ではコイル効率が３０〜４０％とされているが、上記ジグザグ形状の誘導加熱コイルではコイル効率が７０％を超える。
【００４８】
また、このように高効率の加熱コイルを使用することにより、被処理部Ａがループ状の場合に処理開始端及び終了端においてソフトゾーンのない均一な熱処理が可能となる。このため、例えば転がり軸受をワークとし、転動体が通過する軌道面を被処理部Ａとした場合に、ソフトゾーンのない均一な硬化層を形成できるので、特に良好な特性を得ることができる。
【００４９】
被処理部Ａの一部のみに対向させつつ相対移動させながら加熱処理を行うこととしたので、被処理部Ａ及びワーク１２が大型となる場合であっても加熱導体部３１のサイズを小さく抑えることができ、各加熱装置１０Ａ，１０Ｂを小型にすることができる。このため、必要な電力を低くするとともに製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００５０】
また、被処理部Ａの一部のみに対向させつつ相対移動させながら加熱処理を行うこととしたので、円形などの曲部を有する部材をワークとした場合に、熱膨張等の要因によりワークが変形しても、容易に、適正なギャップ寸法を維持することができる。例えば円形の被処理部に対応する円環状の誘導加熱コイルを用いて一発加熱方式で熱処理を行う場合には、熱膨張によりワークが変形するため、誘導加熱コイルを予め大きめに設定する必要があるので、加熱効率が悪くなるという問題があるが、本実施形態のようにカバー率が小さい場合には、ワークとの配置を調整するだけで適正なギャップを維持することが出来る。
【００５１】
[第２実施形態]
以下、本発明の第２実施形態にかかる誘導加熱焼入装置２について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、ワーク１１２及び加熱導体部３１の形状以外は上記第１実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。なお、ワーク１１２は円環状の平面部を有する円筒状の形状となっている。
【００５２】
図１０は、本実施形態に係る誘導加熱焼入装置２の配置を示す平面図であり、図１１は同誘導加熱焼入装置２の加熱導体部３１の形状を示す説明図である。
【００５３】
本実施形態において、図１０に示すように、ワーク１１２は、上下の端面が平面状の円筒形状をなし、この端面を被処理部Ａとした。また、第１加熱装置１０Ａの加熱導体部３１は、いずれも複数の屈曲部１３４、１３５が交互に対向する向きで周方向Ｒに沿って複数連続して配置されるとともに、対向する屈曲部１３４、１３５の間にそれぞれ曲成された導体部分１３６が配されるジグザグ形状を成す。複数の屈曲部１３４は移動方向に交差する方向の一方側である外側向きに開口した屈曲形状を成し、屈曲部１３５は他方側である径方向内側向きに開口した屈曲形状を成す。
【００５４】
図１０及び１１に示すように、複数の導体部分１３６は、周方向Ｒに対して交差して延びるとともに、回転の中心である軸Ｃ１から遠い部位における周方向の長さが軸Ｃ１から近い部位における周方向の長さに比べて長く構成され、周方向における長さが前記周方向における速度に対応するように形成されている。導体部分１３６は、その延設方向に直交する断面積及び断面の形状を一定に保ったまま、軸Ｃ１から遠い部位における延設角度が、軸Ｃ１から近い部位における延設角度に比べて、周方向Ｒに対する角度が小さくなるように曲成されることで、周方向の速度と長さが対応するようになっている。
【００５５】
本実施形態では、複数の導体部分１３６は径方向において３つの部分に区分けされ、その中心線Ｃ２が隣り合う部分の境界においてそれぞれα１＝α２＝１５０度で、屈曲している。この中心線は各部分の延設方向に沿っている。径方向内側の第１部分１３６ａは周方向Ｒに対してθ１＝９０度の角度を成し、中間の第２部分１３６ｂは周方向Ｒに対してθ２＝６０度の角度を成すように傾斜し、最も外側の第３部分１３６ｃは周方向Ｒに対してθ３＝３０度の角度を成すように傾斜している。すなわちθ１＞θ２＞θ３となっている。
【００５６】
例えばここでは、ワークの最も内側の点Ｐ１と最も外側の点Ｐ３の２箇所を基準として寸法設定をする。第１部分１３６ａに対向する被処理部Ａ１上のある基準点Ｐ１の回転半径（軸心Ｃ１からの距離）をｒ４、第３部分１３６ｃに対向する被処理部Ａ１上のある基準点Ｐ３の回転半径（軸心Ｃ１からの距離）をｒ５とし、Ｐ１に対向する第１部分１３６ａの周方向寸法をｌ１、Ｐ３に対向する第３部分１３６ｃの周方向寸法をｌ３とすると、導体部分１３６は、ｌ１：ｌ３≒ｒ４：ｒ５に設定され、回転中心である軸Ｃ１からの距離と周方向寸法とが対応している。この場合、Ｐ１とＰ３を基準としてみれば、回転径に比例する周方向速度に対して、周方向寸法（距離）が反比例することとなり、通過に係る時間すなわち加熱時間が一定に保たれる。また中間の第２部分１３６ｂの寸法ｌ２は、ｌ１とｌ３の間の寸法となるように、ｌ１＜ｌ２＜ｌ３に設定した。
【００５７】
本実施形態においても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態の誘導加熱焼入装置２は、軸Ｃ１を中心としてワーク１１２が回転移動した場合にワーク１１２が加熱導体部３１を横切って通過する速度が速くなる外周側において、速度が遅くなる内側よりも、加熱導体部３１の移動方向の寸法が大きくなるように設定されているため、通過にかかる時間を均一化することができ、熱処理時間が均一化される。
【００５８】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態にかかる誘導加熱焼入装置２について図１２を参照して説明する。なお、ワーク２１２の形状と、加熱導体部３１がワーク２１２の傾斜面に沿っている点以外は上記実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００５９】
誘導加熱焼入装置２の平面図は図１０と同様であり、加熱導体部３１の平面図は図１１と同様であるため省略する。
【００６０】
本実施形態において、図１２に示すように、ワーク２１２は、上下の外周面が傾斜する鼓形状をなし、この外周面を被処理部Ａとした。ワーク２１２の傾斜する上外周面を第１領域Ａ１、傾斜する下外周面を第２領域Ａ２とした。本実施形態に係る誘導加熱焼入装置３は上面の第１領域Ａ１を誘導加熱する第１加熱装置１０Ａと、下面の第２領域Ａ２を誘導加熱する第２加熱装置１０Ａを備えて構成される。
【００６１】
本実施形態の加熱導体部３１Ａはいずれも軸方向及び周方向に対して傾斜しており、ワーク２１２の上下の外周面にそれぞれ沿って構成されている。
【００６２】
図１０に示すように、第１加熱装置１０Ａの加熱導体部３１Ａは、いずれも複数の屈曲部１３４、１３５が交互に対向する向きで周方向Ｒに沿って複数連続して配置されるとともに、対向する屈曲部１３４、１３５の間にそれぞれ曲成された導体部分１３６が配されるジグザグ形状を成す。複数の屈曲部１３４は移動方向に交差する方向の一方側である外側向きに開口した屈曲形状を成し、屈曲部１３５は他方側である径方向内側向きに開口した屈曲形状を成す。複数の導体部分１３６は、周方向Ｒに対して交差して延びるとともに、回転の中心である軸Ｃ１から遠い部位における周方向の長さが軸Ｃ１から近い部位における周方向の長さに比べて長く構成され、周方向における長さが前記周方向における速度に対応するように形成されている。導体部分１３６は、その延設方向に直交する断面積及び断面の形状を一定に保ったまま、軸Ｃ１から遠い部位における延設角度が、軸Ｃ１から近い部位における延設角度に比べて、周方向Ｒに対する角度が小さくなるように曲成されることで、周方向の速度と長さが対応するようになっている。
【００６３】
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
[第４実施形態]
以下、本発明の第４実施形態にかかる誘導加熱焼入装置３について図１３を参照して説明する。図１３は本実施形態に係る誘導加熱焼入装置の配置を示す説明図である。なお、ワーク３１２の形状以外は上記第２実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００６５】
ワーク３１２は中空体状であり、軸方向及び周方向に対して傾斜した内周面を有している。
【００６６】
本実施形態の加熱導体部３１Ａはいずれも軸方向及び周方向に対して傾斜しており、ワーク３１２の上下の内周面にそれぞれ沿って構成されている。
【００６７】
図１０に示すように、第１加熱装置１０Ａの加熱導体部３１Ａは、いずれも複数の屈曲部１３４、１３５が交互に対向する向きで周方向Ｒに沿って複数連続して配置されるとともに、対向する屈曲部１３４、１３５の間にそれぞれ曲成された導体部分１３６が配されるジグザグ形状を成す。複数の屈曲部１３４は移動方向に交差する方向の一方側である外側向きに開口した屈曲形状を成し、屈曲部１３５は他方側である径方向内側向きに開口した屈曲形状を成す。複数の導体部分１３６は、周方向Ｒに対して交差して延びるとともに、回転の中心である軸Ｃ１から遠い部位における周方向の長さが軸Ｃ１から近い部位における周方向の長さに比べて長く構成され、周方向における長さが前記周方向における速度に対応するように形成されている。導体部分１３６は、その延設方向に直交する断面積及び断面の形状を一定に保ったまま、軸Ｃ１から遠い部位における延設角度が、軸Ｃ１から近い部位における延設角度に比べて、周方向Ｒに対する角度が小さくなるように曲成されることで、周方向の速度と長さが対応するようになっている。
【００６８】
本実施形態においても、上記第１〜３実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
[第５実施形態]
以下、本発明の第５実施形態にかかる誘導加熱焼入装置４について図１４を参照して説明する。なお、ワーク４１２の形状及び被処理部Ａが傾斜している点以外は上記第１実施形態と同様であるため、共通する説明を省略する。
【００７０】
図１４は、本実施形態に係る誘導加熱焼入装置４の配置を示す側面図である。
【００７１】
本実施形態においては、図１４に示すように、段付きの断面台形状のワーク４１２の周面を被処理部Ａとした。軸方向中央部分の外周面を第１領域Ａ１とし，軸方向両端において外側に突出する段差部分の外周面を第２領域Ａ２とした。
【００７２】
誘導加熱焼入装置４は、軸方向中央部分の第１被処理部Ａ１を誘導加熱する第１加熱装置１０Ａと、軸方向両端の２箇所の第２被処理部Ａ２を誘導加熱する第２加熱装置１０Ｂを備えている。領域Ａ１，Ａ２は軸に対して傾斜した面をなし、回動の中心からの距離が変化している。本実施形態の加熱導体部３１Ａ、３１Ｂはいずれも軸方向及び周方向に対して傾斜しており、ワーク４１２の上下の外周面に沿って構成されている。加熱導体部３１Ａの形状は、例えば第３実施形態と同様の加熱導体部３１Ａを用いる。すなわち、軸方向に傾斜するとともに、対向する屈曲部１３４，１３５を有するジグザグ形状であって、導体部分１３６は、その延設方向に直交する断面積及び断面の形状を一定に保ったまま、軸Ｃ１から遠い部位における延設角度が、軸Ｃ１から近い部位における延設角度に比べて、周方向Ｒに対する角度が小さくなるように曲成されている。
【００７３】
本実施形態においても、上記第１〜４実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
なお、本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、各構成は適宜変形実施可能である。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、処理条件や、ワークやコイルなどの各構成要素の具体的形状、材質、材料、寸法などは上記実施形態で例示したものに限られず、適宜変更可能である。
【００７５】
上記実施形態では、曲部として、断面コ字状に矩形に屈曲した屈曲部３４，３５を例示したがこれに限られるものではない。例えば図１５に示すように半円周状に湾曲した形状の湾曲部（曲部）３４，３５を有する構造の第１加熱導体部３１Ｃを適用してもよい。また、図１６に示すように台形状に屈曲した曲部３４，３５を有する構造の第１加熱導体部３１Ｄを適用しても良い。さらに、これらのような屈曲形状ではなく、第１実施形態に示すようなジグザグ形状としてもよい。
【００７６】
上記実施形態においてはワーク１２を回転させることにより相対移動をする例を挙げたが、これに限られるものではなく、加熱導体部３１Ａ，３１Ｂ側を移動させることにより相対移動させてもよい。
【００７７】
上記第１〜５実施形態では、第１加熱装置１０Ａ及び第２加熱装置１０Ｂをそれぞれ４箇所に配置した場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば図１７乃至図２２に、本発明の他の実施形態として、第１加熱装置１０Ａ及び第２加熱装置１０Ｂをそれぞれ２つ、３つ、５つ、及び６つずつ配置した場合の位置関係を概略的に示す。また、コイル配置は交互に配置したり、対向配置を例示したが、これに限るものではなく、１：３等、任意に配置できる。
【００７８】
上記実施形態においては段差が１つであるワーク１２を例示したが、これに限られるものではなく、２以上の段差を有するワークを対象とした場合にも本発明を適用可能である。例えば図２１に示すように２段の段差を有するワーク４１２を対象とした場合には、ワークの外周面である被処理部Ａにおいて、段差の位置に応じて、３つの第１乃至第３領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を設定する。なお、ここではワーク４１２は上下方向に対称であり上下にそれぞれ段差を有しているため、第２領域Ａ２，第３領域Ａ３は軸方向において２箇所にそれぞれ配される。ここでは、３つの誘導加熱焼入装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを用い、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３にそれぞれ対向させるように加熱導体部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを配置する。この場合にも、上記実施形態と同様に、加熱導体部３１Ａにより加熱される第１加熱領域Ｐ４、加熱導体部３１Ｂにより加熱される第２加熱領域Ｐ５、加熱導体部３１Ｃにより加熱される第３加熱領域Ｐ６が合成されることで、１つの連続した所望の加熱領域Ｐ７を容易に処理することができる。
【００７９】
また、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合せてもよい。また、ワークは中空に限らず、中実のものでもよい。
【符号の説明】
【００８０】
Ａ…被処理部、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ａ３…第３領域、
Ｒ…周方向（第１方向）、Ｐ１…第１の加熱領域、Ｐ２…第２の加熱領域、
Ｐ３…第３の加熱領域、１…誘導加熱焼入装置、１０Ａ…第１加熱装置、
１０Ｂ…第２加熱装置、１０Ｃ…第３加熱装置、１１…移動支持部（移動手段）、
１２，１１２，２１２，３１２，４１２…ワーク、１３…冷却部（冷却手段）、３１Ａ…第１加熱導体部、３１Ｂ…第２加熱導体部、３１Ｃ…第３加熱導体部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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