(57)【要約】【課題】円筒状ワーク（被加熱物）の外周面と一端面を同時に一様に誘導加熱できる誘導加熱コイルを提供する。【解決手段】誘導加熱コイル１０は、被加熱物Ｗの外周面ＷＳを取り囲むように配置されるリング状の外周面用誘導加熱コイル２０を備えており、この外周面用誘導加熱コイル２０は外周面ＷＳを誘導加熱する。また、誘導加熱コイル１０は、被加熱物Ｗの一端面ＷＴの上方に近接して配置される一端面用誘導加熱コイル３０を備えており、この一端面用誘導加熱コイル３０は、その一部が扇形に切り欠かれた円板状のものである。一端面用誘導加熱コイル３０は、外周面用誘導加熱コイル２０の一端面２０Ｔ及びこの一端面２０Ｔに囲まれた空間を覆うように外周面用誘導加熱コイル２０に固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の被加熱物の外周面と一端面を同時に誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記外周面を取り囲むように配置される、前記外周面を誘導加熱するためのリング状の外周面用誘導加熱コイルと、
該外周面用誘導加熱コイルの一端面及びこの一端面に囲まれた空間を覆うと共に、その一部が扇形に切り欠かれた円板状の一端面用誘導加熱コイルとを備え、
前記外周面用誘導加熱コイルは、その高さ方向に延びて互いに対向すると共に電気的に絶縁された２つの対向部分が形成されたものであり、これら２つの対向部分それぞれは、高周波電源に接続された接続導体部に接続されているものであり、
前記一端面用誘導加熱コイルの切り欠かれた扇形の２つの直線部分のいずれか一方は、前記２つの対向部分のいずれか一方の一端面に重なっているものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
前記一端面用誘導加熱コイルは、前記切り欠かれた扇形の中心が被加熱物の一端面よりも内側に位置するものであることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱コイル。
【請求項３】
前記一端面用誘導加熱コイルのうち前記外周面用誘導加熱コイルに隣接した下面側部分には凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱コイル。
【請求項４】
前記扇形の中心角は、１５°以上１２０°以下の範囲内であることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の被加熱物の外周面と一端面を同時に誘導加熱する誘導加熱コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
被加熱物（ワーク）に近接して配置された誘導加熱コイルに高周波電流を流して（通して）このワークに渦電流を誘導（電磁誘導）し、そのジュール熱でワークを誘導加熱する技術が広く知られている。この技術では、様々な形状のワークが誘導加熱の対象となる。ワークの一例として円筒状のワークが挙げられ、この円筒状ワークの内周面、外周面、及びこれらの間にある端面を同時に誘導加熱する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１９９９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の技術によれば、円筒状ワークの内周面、外周面、及び端面における単位時間当たりの加熱面積を等しくしているのでこれらの面を一様に加熱できる、とされている。しかし、単位時間当たりの加熱面積を等しくするだけでは、熱伝導の影響を考慮していないので、円筒状ワークの内周面、外周面、及び端面が一様に加熱されないことがある。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑み、円筒状ワーク（被加熱物）の外周面と一端面を同時に一様に誘導加熱できる誘導加熱コイル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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の誘導加熱コイルは、円筒状の被加熱物の外周面と一端面を同時に誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（１）前記外周面を取り囲むように配置される、前記外周面を誘導加熱するためのリング状の外周面用誘導加熱コイルと、
（２）該外周面用誘導加熱コイルの一端面及びこの一端面に囲まれた空間を覆うと共に、その一部が扇形に切り欠かれた円板状の一端面用誘導加熱コイルとを備え、
（３）前記外周面用誘導加熱コイルは、その高さ方向に延びて互いに対向すると共に電気的に絶縁された２つの対向部分が形成されたものであり、これら２つの対向部分それぞれは、高周波電源に接続された接続導体部に接続されているものであり、
（４）前記一端面用誘導加熱コイルの切り欠かれた扇形の２つの直線部分のいずれか一方は、前記２つの対向部分のいずれか一方の一端面に重なっているものであることを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、
（５）前記一端面用誘導加熱コイルは、前記切り欠かれた扇形の中心が被加熱物の一端面よりも内側に位置するものであってもよい。
【０００７】
また、
（６）前記一端面用誘導加熱コイルのうち前記外周面用誘導加熱コイルに隣接した下面側部分には凹部が形成されていてもよい。
【０００８】
さらに、
（７）前記扇形の中心角は、１５°以上１２０°以下の範囲内であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の誘導加熱コイルでは、高周波電源に接続された接続導体部から供給された高周波電流は、外周面用誘導加熱コイルに流れると共に一端面用誘導加熱コイルにも流れる。外周面用誘導加熱コイルに流れる高周波電流によって被加熱物の外周面には渦電流が発生し、この渦電流によって被加熱物の外周面が加熱される。一方、電流は最短距離を流れる傾向にあり、且つ、一端面用誘導加熱コイルの直線部分は外周面用誘導加熱コイルの対向部分に重なっているので、一端面用誘導加熱コイルに流れる高周波電流は、一端面用誘導加熱コイルの扇形に切り欠かれた直線状の二辺（２つの直線部分）を主に流れる。この結果、被加熱物の一端面に渦電流が生じてこの一端面が誘導加熱される。このように外周面用誘導加熱コイルと一端面用誘導加熱コイルとで被加熱物の外周面と一端面とを同時に均一に加熱できる。また、一端面用誘導加熱コイルは外周面用誘導加熱コイルの一端面を覆っているので、被加熱物の外周面を冷却するためにこの外周面に向けて噴射された冷却液の一部が一端面用誘導加熱コイルに跳ね返されて被加熱物の一端面に当たる。このため、外周面に向けて噴射された冷却液の飛散が防止されて被加熱物の外周面のみならず一端面も効率良く確実に冷却できる。以上説明したように本発明の誘導加熱コイルによれば、被加熱物の一端面及び外周面に一様な深さの加熱層を形成して、この加熱層を効率良く確実に冷却できるので、被加熱物に一様な深さの焼入れ層を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、円筒状の被加熱物の外周面と一端面を同時に誘導加熱する誘導加熱コイルに実現された。
【実施例１】
【００１１】
図１から図３までを参照して、本発明の誘導加熱コイルの一例を説明する。
【００１２】
図１は、円筒状の被加熱物を加熱するために誘導加熱コイルを配置した状態を示す斜視図である。図２は、図１の平面図である。図３は、図２のＡ―Ａ断面図である。
【００１３】
誘導加熱コイル１０は、円筒状の被加熱物Ｗの外周面ＷＳと一端面ＷＴを同時に誘導加熱するためのものである。誘導加熱コイル１０は、被加熱物Ｗの外周面ＷＳを取り囲むように配置されるリング状（環状）の外周面用誘導加熱コイル２０を備えており、この外周面用誘導加熱コイル２０は外周面ＷＳを誘導加熱する。
【００１４】
外周面用誘導加熱コイル２０は、完全に連続したリング状ではなくて、その一部で分断されている。この分断されている部分には、外周面用誘導加熱コイル２０の高さ方向（矢印Ｈ方向）に延びて互いに対向する２つの対向部分２２，２４が形成されている。２つの対向部分２２，２４は電気的に絶縁されている。これら２つの対向部分２２，２４それぞれには、高周波電源５０に接続された接続導体部５２，５４が接続されている。
【００１５】
また、誘導加熱コイル１０は、被加熱物Ｗの一端面ＷＴの上方に近接して配置される一端面用誘導加熱コイル３０を備えており、この一端面用誘導加熱コイル３０は、その一部が扇形に切り欠かれた円板状のものである。一端面用誘導加熱コイル３０は、外周面用誘導加熱コイル２０の一端面２０Ｔ及びこの一端面２０Ｔに囲まれた空間を覆うように外周面用誘導加熱コイル２０に固定されている。
【００１６】
一端面用誘導加熱コイル３０に形成された扇形の切欠き部分３２（以下、扇形切欠き部分３２という）においては、外周面用誘導加熱コイル２０の一端面２０Ｔ及び被加熱物Ｗの一端面ＷＴが露出している。扇形切欠き部分３２の中心Ｃは、円板状の一端面用誘導加熱コイル３０の中心Ｃに一致している。即ち、扇形切欠き部分３２の中心Ｃは、被加熱物Ｗの一端面ＷＴよりも内側に位置している。また、扇形切欠き部分３２の中心角θは、１５°以上１２０°以下が好ましい。この理由は、電流は最短距離を流れようとするので、中心角θが１５°未満のときは、一端面用誘導加熱コイル３０の直線部分Ｌ１，Ｌ２（後述する）に高周波電流が流れ過ぎて、外周面用誘導加熱コイル２０に流れる高周波電流とのバランスが崩れてしまって被加熱物Ｗの外周面ＷＳと一端面ＷＴを一様な深さに加熱できず、また、中心角θが１２０°を超えたときは、一端面用誘導加熱コイル３０の扇形切欠き部分３２から離れた部分に高周波電流が流れてしまうので、被加熱物Ｗの外周面ＷＳと一端面ＷＴを一様な深さに加熱できないからである。
【００１７】
一端面用誘導加熱コイル３０のうち扇形切欠き部分３２の直線の辺に相当する部分には２つの直線部分Ｌ１，Ｌ２が形成されており、直線部分Ｌ２は対向部分２４の端面２４Ｔに重なって電気的に接続されている。即ち、一端面用誘導加熱コイル３０のうち扇形切欠き部分３２の直線部分Ｌ２に相当する部分は、接続導体部５４に電気的に接続されている。
【００１８】
一端面用誘導加熱コイル３０の下面のうち外周面用誘導加熱コイル２０に隣接した下面側部分には、図３に示すように、凹部２６が形成されている。この凹部２６によって被加熱物Ｗの角部（外周面ＷＳと一端面ＷＴの境界部分）は、一端面ＷＴよりも一端面用誘導加熱コイル３０から離れていることとなる。このため、被加熱物Ｗの角部の過熱（オーバーヒート）が防止される。
【００１９】
被加熱物Ｗの外周面ＷＳと一端面ＷＴを同時に誘導加熱するに際しては、被加熱物Ｗが載置された支持台６０と共に被加熱物Ｗを、軸Ｃを中心にして回転させながら高周波電源５０から接続導体部５２，５４を経由させて誘導加熱コイル１０に電力を供給する。高周波電源５０の周波数は例えば２５ｋＨｚ、出力は２５０ｋＷとする。
【００２０】
ここで、図２に示すように矢印Ａ方向に高周波電流が流れる場合、電流は最短距離を流れようとするので一端面用誘導加熱コイル３０では高周波電流が接続導体部５４から直線部分Ｌ１を通って直線部分Ｌ２に流れ、外周面用誘導加熱コイル２０を通って接続導体部５２に流れる。また、外周面用誘導加熱コイル２０では、高周波電流が接続導体部５４から外周面用誘導加熱コイル２０の全体を一様に通って接続導体部５２に流れる。外周面用誘導加熱コイル２０に流れる高周波電流によって被加熱物Ｗの外周面ＷＳには渦電流が発生し、この渦電流によって被加熱物Ｗの外周面ＷＳが加熱される。一方、一端面用誘導加熱コイル３０に流れる高周波電流は、上記のように一端面用誘導加熱コイル３０の２つの直線部分Ｌ１、Ｌ２を主に流れる。この結果、被加熱物Ｗの一端面ＷＴに渦電流が生じてこの一端面ＷＴが誘導加熱される。このように外周面用誘導加熱コイル２０と一端面用誘導加熱コイル３０とで被加熱物Ｗの外周面ＷＳと一端面ＷＴとを同時に均一に加熱できる。
【００２１】
なお、一端面用誘導加熱コイル３０は外周面用誘導加熱コイル２０の一端面を覆っているので、被加熱物Ｗの外周面ＷＳを冷却するためにこの外周面ＷＳに向けて噴射された冷却液の一部が一端面用誘導加熱コイル３０に跳ね返されて被加熱物Ｗの一端面ＷＴに当たる。このため、外周面ＷＳに向けて噴射された冷却液の飛散が防止されて被加熱物Ｗの外周面ＷＳのみならず一端面ＷＴも効率良く確実に冷却できる。このように誘導加熱コイル１０によれば、被加熱物Ｗの一端面ＷＴ及び外周面ＷＳに一様な深さの加熱層を形成して、この加熱層を効率良く確実に冷却できるので、被加熱物Ｗに一様な深さの焼入れ層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】円筒状の被加熱物を加熱するために誘導加熱コイルを配置した状態を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  誘導加熱コイル
２０  外周面用誘導加熱コイル
３０  一端面用誘導加熱コイル
３２  扇形切欠き部分
５０  高周波電源
Ｗ  被加熱物Ｗ
ＷＳ  外周面
ＷＴ  一端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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