(57)【要約】【課題】誘導加熱コイルによる加熱の際にギアケースから受ける強い反発力を低減し、軸受内輪や油切等の抜取り作業を簡単に行える誘導加熱式環状部品抜取り装置を提供する。【解決手段】軸（３３）に焼き嵌めされている環状部品（３５Ａ，３５Ｂ）を誘導加熱によって熱膨張させて抜き取るための誘導加熱式環状部品抜取り装置において、前記軸および環状部品を内包可能な大きさの開口を有するように巻回されてなるコイル（１４Ａ）と、前記コイルを保持する保持部材（１１Ａ〜１１Ｃ）と、凹部を有する断面形状をなし前記コイルの周方向に沿って配設されコイルに周方向外側から嵌合可能な軟質磁性材料からなる複数の磁気コア（１４Ｂ）と、前記コイルに交流電流を供給する交流電源と、前記コイルと前記交流電源とを接続するケーブルと、を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に焼き嵌めされている環状部品を誘導加熱によって熱膨張させて抜き取るための誘導加熱式環状部品抜取り装置であって、
前記軸および前記環状部品を内包可能な大きさの開口を有するように巻回されてなるコイルと、
前記コイルを保持する保持部材と、
凹部を有する断面形状をなし、前記コイルの周方向に沿って配設され前記コイルに周方向外側から嵌合可能な軟質磁性材料からなる複数の磁気コアと、
前記コイルに交流電流を供給する交流電源と、
前記コイルと前記交流電源とを接続するケーブルと、
を備えることを特徴とする誘導加熱式環状部品抜取り装置。
【請求項２】
前記複数の磁気コアは、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱式環状部品抜取り装置。
【請求項３】
前記複数の磁気コアの前記軸の周面に対向する一対の端面の間隔は、前記環状部品の軸方向長さよりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱式環状部品抜取り装置。
【請求項４】
前記複数の磁気コアは、前記保持部材によって前記コイルの径方向位置を調整可能に保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱式環状部品抜取り装置。
【請求項５】
前記保持部材は、前記環状部品が焼き嵌めされた前記軸を挿通可能な筒状部材と、この筒状部材の端部に設けられた鍔状部材とを備え、
前記鍔状部材の内面には前記複数の磁気コアの一部が係合可能な複数の溝が放射状に形成され、前記磁気コアは前記溝に沿って前記コイルの径方向へ移動可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱式環状部品抜取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸に焼き嵌めされた環状部品を誘導加熱コイルで加熱して抜き取るための抜取り装置に関し、例えば鉄道車両の車軸に焼き嵌めされた油切や軸受内輪を抜き取るのに使用して有効な誘導加熱式環状部品抜取り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車軸には、モータの回転力を減速して車軸へ伝達するため、大歯車と小歯車を内蔵したギアユニットと呼ばれる回転伝達装置が設けられている。かかるギアユニットにおいては、図７に示すように、大歯車３１が円錐コロ軸受け３２Ａ，３２Ｂを介して車軸３３に装着されている。また、円錐コロ軸受け３２Ａの外側には、ギアユニット３０のケース３４内に封入されている潤滑油が外へ漏れないようにするため、ラビリンス構造を有する油切甲部材３５Ａおよび油切乙部材３５Ｂが嵌合されている。反対側も同様である。さらに、図示しないが、油切乙部材３５Ｂの外周面に接するオイルシールが、またその外側にはオイシールを抑える環状部品３６が設けられている。このうち、円錐コロ軸受けの内輪３２ａと油切甲部材３５Ａおよび油切乙部材３５Ｂは、ギアユニット３０の軸方向への移動を防止するため車軸３３に焼き嵌めで固定されている。
【０００３】
上記のような構成のギアユニット３０を備えた輪軸においては、油切乙部材３５Ｂの外周面にオイルシールが摺接しているため、摩耗により傷がつくので油切乙部材３５Ｂは定期的に交換する必要があるとともに、ギアユニット３０のケース３４内の歯車に損傷がないか検査するために、定期的なメンテナンスが実施されている。
また、前述したように、円錐コロ軸受けの内輪と油切甲部材および油切乙部材は車軸に焼き嵌めで固定されているため、従来、ギアユニットのメンテナンスの際には、誘導加熱コイルで加熱して膨張させてこれらの部品を抜き取る作業が行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１５０５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
油切等の抜取りに使用する従来の誘導加熱コイルは、車軸の径よりも一回り大きな内径を有するように形成されており、このコイルを図４（Ａ）に示すように、車軸に遊嵌させた状態で保持して、コイルに交流電流を流すことで車軸表面に渦電流を生じさせて車軸の有する電気抵抗で発熱させて加熱するものであり、従来は比較的容易に加熱、抜き取り作業を行うことができていた。
しかしながら、近年、誘導加熱コイルに交流電流を流した際に、ギアケースから逃げる方向へ強い反発力を受け、作業者２人掛かりでも作業が行えない事例が発生していることが明らかになった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、誘導加熱コイルに強い反発力が発生する原因について考察を行なった。その結果、近年の鉄道車両では、軽量化のためにギアケースが、従来の鉄製からアルミニウム製に代わりつつあり、ギアケースがアルミニウム製である場合に、誘導加熱コイルによる加熱の際にギアケースから強い反発力を受けることが分かった。ただし、その理由については不明であったので、様々な実験と検証を繰り返すことで理由を解明し、本発明を開発するに至った。
【０００７】
なお、車軸に焼き嵌めされた軸受内輪の加熱抜取り方法および抜取り装置に関する発明としては、例えば特許文献１に開示されているものがある。
特許文献１に開示されている軸受内輪の加熱抜取り方法および抜取り装置は、油圧ラムの油圧力を軸受内輪の抜取り力に変換して、この抜取り力を軸受内輪に作用させた状態で、軸受内輪の外周部に配設された加熱コイルによって、この軸受内輪を誘導加熱して、最低加熱温度で軸受内輪を抜き取ることであるというものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の発明は、ギアケースがアルミニウム製に代わる前になされたものであり、ギアケースがアルミニウム製の場合には、加熱の際に誘導加熱コイルがギアケースから強い反発力を受けるため、軸受内輪や油切の抜取り作業が簡単に行えないという課題があることは明らかである。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、誘導加熱コイルによる加熱の際にギアケースから受ける強い反発力を低減し、軸受内輪や油切等の抜取り作業を簡単に行うことができる誘導加熱式環状部品抜取り装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため、本出願に係る発明は、
軸に焼き嵌めされている環状部品を誘導加熱によって熱膨張させて抜き取るための誘導加熱式環状部品抜取り装置であって、
前記軸および前記環状部品を内包可能な大きさの開口を有するように巻回されてなるコイルと、
前記コイルを保持する保持部材と、
凹部を有する断面形状をなし、前記コイルの周方向に沿って配設され前記コイルに周方向外側から嵌合可能な軟質磁性材料からなる複数の磁気コアと、
前記コイルに交流電流を供給する交流電源と、
前記コイルと前記交流電源とを接続するケーブルと、
を備えるようにしたものである。
【００１０】
上記のような構成を有する誘導加熱式環状部品抜取り装置によれば、コイルを囲むように断面がコの字状の磁気コアが設けられているため、コイルに電流が流れることで発生した磁力線はもっぱら磁性体である磁気コア内を通過し、抜取り対象の環状部品の近傍にアルミニウム製のギアケースのような部材があったとしても、ギアケース側壁を貫通する磁力線がほとんどなくなることで、反発力を低減することができ、それによって軸受内輪や油切等の抜取り作業を簡単に行うことができる。
【００１１】
ここで、望ましくは、前記複数の磁気コアは、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されているようにする。
これにより、磁気コア内に発生する渦電流を低減することができるため、渦電流は抜取り対象の環状部品に集中して流れ、これらを加熱するので、環状部品部材が加熱膨張して、軸方向へ力を加えることで容易に抜取りを行うことができるとともに、短時間に加熱することができるため、消費電力を低減することができる。
【００１２】
また、望ましくは、前記複数の磁気コアの前記軸の周面に対向する一対の端面の間隔は、前記環状部品の軸方向長さよりも大きくなるように設定する。
これにより、抜取り対象の環状部品に渦電流を充分に流して加熱することができ、それによって抜取りが容易になる。
【００１３】
また、望ましくは、前記複数の磁気コアは、前記保持部材によって前記コイルの径方向位置を調整可能に保持されているようにする。
これにより、コイルの磁気コアからの突出量を調整することができ、それによってコイルに働く反発力と磁気コアに働く引力を相殺してコイルの位置を安定させ、加熱作業を行い易くすることができる。
【００１４】
さらに、望ましくは、前記保持部材は、前記環状部品が焼き嵌めされた前記軸を挿通可能な筒状部材と、この筒状部材の端部に設けられた鍔状部材とを備え、
前記鍔状部材の内面には前記複数の磁気コアの一部が係合可能な複数の溝が放射状に形成され、前記磁気コアは前記溝に沿って前記コイルの径方向へ移動可能に構成する。
かかる構成によれば、磁気コアを容易かつ正確に径方向へ移動することができ、それによってコイルの磁気コアからの突出量を容易に調整することができるとともに、複数の磁気コアの間隔を等しくすることができ、コイルに働く反発力や磁気コアの働く引力がアンバランスになるのを回避することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の誘導加熱式環状部品抜取り装置によれば、誘導加熱コイルによる加熱の際にギアケースから受ける強い反発力を低減し、軸受内輪や油切等の抜取り作業を簡単に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る誘導加熱式環状部品抜取り装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る誘導加熱式環状部品抜取り装置を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面平面図である。
【図３】実施形態に係る誘導加熱式環状部品抜取り装置を構成するコイルボビンの内側面の構成を示す正面図である。
【図４】（Ａ）は従来の誘導加熱コイルを使った加熱時の様子を示す概略図、（Ｂ）は実施形態に係る誘導加熱コイルを使った加熱時の様子を示す概略図である。
【図５】従来の誘導加熱コイルを使った加熱の際に生じる反発力と実施形態に係る誘導加熱コイルを使った加熱の際に生じる反発力の変化を示すグラフである。
【図６】実施形態の誘導加熱コイルを用いて、車軸とこれに装着されているギアボックスのオイルシールとしての油切部材を抜き取る際の様子を示す断面図である。
【図７】抜取り対象のギアユニットの構造の概略を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る誘導加熱式環状部品抜取り装置を実施形態について説明する。図１および図２には、誘導加熱式環状部品抜取り装置（以下、抜取り装置と称する）の一実施形態の構成が示されている。このうち、図１は抜取り装置の斜視図、図２（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面平面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の抜取り装置１０は、中央に車軸が挿通可能な開口が形成された円板状のコイルボビン１１Ａと、コイルボビン１１Ａの前面上部に取付けプレート１２を介して取付けられたコントロールボックス１３と、ボビンシリンダ１１Ｃに巻回され反対側のボビンブリム１１Ｂとの間に挟持された誘導加熱コイル１４（図２参照）とを備える。コイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂは、例えばＭＣナイロン樹脂などの軽量で絶縁性を有する材料で形成されている。
【００１９】
なお、コイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂにはそれぞれ互いに対応する位置に複数の貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されており、これらの貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれボルト１５Ａを挿通し、先端にナット１５Ｂを螺合させて締め付けることで、誘導加熱コイル１４を保持した状態でコイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂとが結合されるように構成されている。
【００２０】
また、上記コイルボビン１１Ａの前面には、作業者が当該抜取り装置１０を持ち上げて操作するための一対の取っ手１６Ａ，１６Ｂが設けられている。ボビンブリム１１Ｂおよび誘導加熱コイル１４には、コイルボビン１１Ａと同様に、中央に車軸が挿通可能な開口が設けられている。
コントロールボックス１３は、誘導加熱コイル１４への交流電流の供給／遮断を行うスイッチ１３Ａ，１３Ｂと制御回路（図示省略）を備える。また、図示しないが、コントロールボックス１３には給電用のケーブルが接続される。
【００２１】
誘導加熱コイル１４は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、リング状のコイル１４Ａと、該コイル１４Ａの周囲に周方向に沿って並んで配設された複数（例えば１８個）の断面コの字状の磁気コア１４Ｂと、ボビンブリム１１Ｂの開口部内側に装着されて上記コイル１４Ａを内側から支える環状のボビンシリンダ１１Ｃとを備える。磁気コア１４Ｂは、強磁性体のうち特にケイ素鋼板（電磁鋼板）のような軟質磁性材料で形成するのが望ましい。
また、磁気コア１４Ｂの車軸周面に対向する一対の端面の間隔Ｌ（図７参照）は、抜取り対象の部品の幅（軸方向長さ）よりも大きく設定するのが良い。Ｌが抜取り対象の部品の幅よりも小さいと、部品に渦電流を充分に流して加熱するのが困難になるためである。
【００２２】
さらに、磁気コア１４Ｂは、渦電流を流れにくくするため、皮相厚さに比較して充分に薄い鋼板を積層することで形成するのが望ましい。鋼板を積層する方向は、コイルの円周方向でも良いし径方向でも良い。円周方向の場合には同一形状のもの（スライスしたようなもの）を並べたような形態をなし、径方向の場合には大きさが板厚分ずつ異なるコの字の板材を入れ子式に重ねたような形態をなす。ボビンシリンダ１１Ｃは、例えばＭＣナイロンのような絶縁材料で形成される。
【００２３】
複数の磁気コア１４Ｂはそれぞれコの字の凹部を内側にして、コイル１４Ａの外周に径方向外側から係合するように配設されている。また、磁気コア１４Ｂは、それぞれコイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂとの間に挟まれることで固定されるように構成されており、コイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂとを貫通する複数のボルト１５Ａの端部に、ナット１５Ｂを螺合させることで、各磁気コア１４Ｂがコイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂとの間に挟持され、移動しないように固定される。
また、各磁気コア１４Ｂは、コイルボビン１１Ａとボビンブリム１１Ｂとの間に挟持されて固定される構成であるため、ボルト１５Ａを緩めることで磁気コア１４Ｂをコイルの径方向へ移動させることができ、これによって、コイル１４Ａの内側端の磁気コア１４Ｂからの突出量を調整できるように構成されている。
【００２４】
さらに、コイルボビン１１Ａの内面には、図３に示すように、磁気コア１４Ｂの幅と同一の幅を有する複数の浅い溝１１ｃが放射状をなすように形成されており、磁気コア１４Ｂをこれらの溝１１ｃに沿って移動させることで径方向の位置を調整することができるとともに、各磁気コア１４Ｂ相互の間隔を一定に保持した状態で固定できるようになっている。
また、コイルボビン１１Ａの内面には、コイル１４Ａから引き出された導電線（巻線の引出し部）を通すために、中央開口部の縁から径方向外側まで延びるガイド溝１１ｄが形成されている。コイルボビン１１Ｂの内面にも同様な溝を形成するようにしても良い。
【００２５】
次に、上記のような構成を有する抜取り装置を用いた油切や軸受け内輪の抜取り時の誘導加熱コイルの作用について、図４を用いて従来の誘導加熱コイルと比較しながら説明する。なお、図４において、（Ａ）は従来の誘導加熱コイルを用いた加熱時の様子を、（Ｂ）は上記実施形態の誘導加熱コイルを用いた加熱時の様子を示す概略図である。
本発明者らは、本発明の誘導加熱式環状部品抜取り装置を開発するに当たり、ギアケースがアルミニウム製である場合に、従来の誘導加熱コイルで強い反発力が発生する理由を、様々な実験と検証を繰り返すことで解明した。以下に、その理由と、上記実施形態の装置の誘導加熱コイルでは強い反発力が発生しない理由を説明する。
【００２６】
コイル１４Ａに電流が流れると、コイルから磁力線Ｍが発生する。この磁力線Ｍは磁性体である車軸３３を磁路としてギアケース３４の環状構造の内側に流れ込もうとする。その際、ギアケース３４にはこの磁力線による磁束変化を打ち消す方向に起電力が誘導される。ギアケース３４が高い導電性を有するアルミニウム製である場合、この起電力により、ギアケース３４の側壁には、鉄製の車軸３３の回りを、コイル１４Ａの電流の向きと逆方向に回る大きな渦電流Ｅが生じる。その結果、この渦電流Ｅとコイル１４Ａに流れる電流の間には強い反発力Ｆが発生する。つまり、図４（Ａ）に示す構造は、公知のトムソンリングと同じ構造であるため、強い反発力が発生することが分かった。なお、このギアケース３４に発生した渦電流Ｅによる磁界によって磁力線Ｍは大きく車軸径方向に屈曲し、図４（Ａ）に示すように、ギアケース３４の内側から側壁を貫通する向きとなる。
【００２７】
一方、本実施形態の抜取り装置１０においては、図４（Ｂ）に示すように、コイル１４Ａを囲むコの字状の磁気コア１４Ｂが設けられているため、コイル１４Ａに電流が流れることで発生した磁力線Ｍはもっぱら磁性体であるコア１４Ｂ内を通過し、ギアケース３４の環状構造の内側を貫通しようとする磁力線がほとんどなくなる。また、コア１４Ｂは、円周方向に分割されているとともに各々積層物として構成されているため、渦電流はほとんど流れない。
【００２８】
そのため、渦電流は油切甲部材３５Ａおよび油切乙部材３５Ｂに集中して流れ、これらを加熱するので、油切甲部材３５Ａおよび油切乙部材３５Ｂが加熱膨張して、軸方向へ力を加えることで容易に抜取りを行うことができるようになる。しかも、ギアケース３４はもちろんのこと車軸３３の表面にはほとんど渦電流が流れず、加熱部分が油切部材に集中するため、車軸の熱膨張が低減され、抜取りが容易になるとともに、短時間に加熱することができ、消費電力を低減することができる。
【００２９】
本発明者らは、本実施形態の抜取り装置１０の効果を検証するため、磁気コアを有する上記実施形態の誘導加熱コイルに電流を流した場合に発生する反力を測定する試験を行なった。また、比較のため磁気コアを持たない従来の誘導加熱コイルに電流を流した場合に発生する反力を測定する試験も行なった。
図５にそれらの測定結果を示す。図５において、実線Ａは従来の誘導加熱コイルに発生した反力の測定値、実線Ｂは上記実施形態の誘導加熱コイルに発生した反力の測定値、横軸は時間である。図５より、従来の誘導加熱コイルでは平均約１５０Ｎの反力が生じているのに対し、上記実施形態の誘導加熱コイルでは反力がほとんど生じていないことが分かる。
【００３０】
さらに、油切が焼き嵌められている車軸に、テーパが付いていたり、円錐コロ軸受け内輪のように傾斜して突出する磁性部材がある場合（図６参照）、誘導加熱時に磁気コアと車軸との間に磁気的な引力が働くことがある。そして、上記実施形態における誘導加熱コイルのように磁気コアを有する場合、コイル１４Ａの磁気コア１４Ｂからの突出量によって、引力の大きさを調整することができることに気が付いた。
前記実施形態の説明で記載したように、磁気コア１４Ｂを径方向へ移動可能に構成したのはそのためである。つまり、磁気コア１４Ｂの径方向の位置を変えてコイル１４Ａの磁気コア１４Ｂからの突出量Ｈを調整することにより、コイル１４Ａに働く反発力の大きさと磁気コア１４Ｂに働く引力の大きさをほぼ等しくすることができ、それによって加熱作業を行い易くすることができる。
【００３１】
表１に、コイル１４Ａの磁気コア１４Ｂからの突出量Ｈを、０ｍｍから２０ｍｍまで段階的に変えて、図６に示すように、誘導加熱コイルを輪軸の車軸に嵌合させて油切甲部材と油切乙部材に対向させ所定の電流を流したときに、コイル１４Ａと磁気コア１４Ｂにそれぞれ働く磁気力の大きさを数値解析によって求めた結果を示す。なお、表１において、「−」の付いた数字はギアケース３４へ近づく向きの力の大きさ、「−」の付いていない数字はギアケース３４から離れる方向へ向う力の大きさである。
【００３２】
【表１】
2019119003.tif 000003
表１を参照すると、コイルの突出量Ｈが１１.８ｍｍのときに、コイルと磁気コアにそれぞれ働く力の合計がほぼ０となっていることから、抜取り装置（誘導加熱コイル）へ作用する引力と反発力が打ち消し合うことが分かる。つまり、コイルの突出量Ｈを調節することで、誘導加熱コイルの軸方向に作用する力をなくすことができる。
なお、コイル１４Ａの突出量を変更する場合、磁気コア１４Ｂの車軸周面と対向する面とボビンシリンダ１１Ｃとの間に、所定の厚みを有する円環状のスペーサを介在させて突出量を調整するように構成することができる。
【００３３】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、コイルボビン１１Ａの前面にコントロールボックス１３を取り付けているが、コントロールボックス１３はコイルボビン１１Ａでなく、コイルに接続される給電用のケーブルの途中に設けるようにしても良い。また、磁気コアはケイ素鋼板に限定されず、ソフトフェライトやアモルファス磁性合金などで形成しても良い。
【００３４】
また、前記実施形態では、コイル１４Ａの断面はコの字状をなすと説明したが、半円形あるいはＵ字状など一部が開口し凹部を有する形状であれば良い。
さらに、前記実施形態では、本発明を鉄道車両の車軸に焼き嵌めされているギアユニットの軸受け内輪やそのオイルシール用の油切甲部材、油切乙部材の抜取り装置に適用したものを説明したが、本発明は車軸に限定されず、軸に焼き嵌めされている部品を抜き取るための装置一般に適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  誘導加熱式環状部品抜取り装置
１１Ａ  コイルボビン
１１Ｂ  ボビンブリム
１１Ｃ  ボビンシリンダ
１３  コントロールボックス
１４Ａ  コイル
１４Ｂ  磁気コア
３０  ギアユニット
３１  大歯車
３２  円錐コロ軸受け
３３  車軸
３４  ギアケース
３５Ａ  油切甲部材
３４Ｂ  油切乙部材
【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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