(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導加熱コイルにより、被加熱体としてのワークの複数箇所を同時に高周波誘導加熱するに際し、高周波発振機から複数の整合部を介して、それぞれの高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記複数の整合部のそれぞれに入力される入力電流を検出し、
１）前記複数の整合部のうちのひとつの整合部への入力電流の値が、あらかじめ設定された電流値を超える過電流であるか、または
２）前記複数の整合部のうちのひとつの整合部への入力電流の値と、前記複数の整合部へ入力される入力電流の総和を前記複数の整合部の総数で除算した平均入力電流値との差が、あらかじめ設定された許容アンバランス電流値を超えるアンバランス電流であるとき、
前記ひとつの整合部と、それに接続される前記高周波誘導加熱コイルとの接触不良が検出されることを特徴とする高周波誘導加熱コイルの接触不良検出方法。
【請求項２】
前記接触不良が検出された後、さらに該接触不良が検出された前記ひとつの整合部に対して、高周波誘導加熱を停止するためのアラーム信号が出力されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイルの接触不良検出方法。
【請求項３】
前記複数の整合部のそれぞれが、整合コンデンサとディスク形変成器とが並列共振回路に形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイルの接触不良検出方法。
【請求項４】
前記複数の整合部のそれぞれに入力される入力電流は、ロゴスキー式の電流検出手段により検出されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイルの接触不良検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱体または被焼入体としてのワーク、例えばクランクシャフト、またはカムシャフト等を高周波加熱するときの高周波誘導加熱コイルの接触不良検出方法に関し、特に、前記ワークの複数箇所を同時に高周波加熱するとき、加熱中の高周波誘導加熱コイルと高周波電力を給電するディスク形変成器との間の接触異常を検出する前記高周波誘導加熱コイルの接触不良検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すように、例えば、ガソリンエンジン（またはディーゼルエンジン）用の４気筒のワーク（クランクシャフト）１００は、鍛造加工によりピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０とが一体成型されている。
従来、前記ワーク（クランクシャフト）１００のピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の高周波焼入れは、該ワーク（クランクシャフト）１００を中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０に、それぞれ高周波誘導加熱コイル(以下、単に高周波加熱コイルという)を載置し、回転に追従して加熱、冷却を行い高周波焼入れを施工している。
【０００３】
被焼入体としてのワークである、前記ワーク（クランクシャフト）１００の高周波誘導加熱において、複数箇所を同時に加熱することは、生産性と焼入れ品質の向上から進められていることである。
今、図５に示すように、図示しない高周波発振機と、例えば４個の高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの間に介挿され、該高周波発振機から出力される高周波加熱電力を前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに給電するそれぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのディスク形変成器Ｔは、前記ワーク（クランクシャフト）１００のピン部１２０，１４０，１６０，１８０およびジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の複数箇所を同時に加熱するため、できるだけ厚さを薄くしたものが使用されている。
【０００４】
そして、前記ディスク形変成器Ｔと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとのそれぞれの接続部８は、図５のＡ部およびＡ部拡大図に示すように、前記ディスク形変成器Ｔの２次側Ｔ2に円錐台形の凸部状に形成された接触凸部８ａ，８ｂが、前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ側のそれぞれに断面が円錐台形の凹部状に形成された接触凹部８ｃ，８ｄに嵌合するように、接続されており、この接触凸部８ａ，８ｂと接触凹部８ｃ，８ｄとのそれぞれの接続により高周波電流が、前記ディスク形変成器Ｔから前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに流れることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、前記ディスク形変成器Ｔの前記接触凸部８ａ，８ｂと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの接触凹部８ｃ，８ｄとのそれぞれの接触子面の目視確認は、該ディスク形変成器Ｔと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとのレイアウトを考えると難しい。また、該ディスク形変成器Ｔと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの接触状態が良好に見える場合でも、電気的な接触は不十分な場合もあり、実際に高周波加熱をした上で、前記ワーク（クランクシャフト）１００の焼入れ状態を目視による確認をしている。
【０００６】
また、単数箇所の高周波加熱の場合は、電源としての高周波発振機からの加熱条件（高周波出力電圧、電流、電力または駆動周波数）を比較するか、または電源自身に内蔵されている保護回路等のアラームにより、異常状態を判断できるが、複数箇所の同時加熱の場合は、加熱条件によっては電源内蔵のアラーム回路が動作することなく前記高周波加熱が完了することがある。このような状態では、加熱の良否をひとつひとつ目視で確認しなければならず、大変な労力を必要とする問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、前記ワーク（クランクシャフト）１００の複数箇所を同時に高周波誘導加熱するとき、整合部の、前記ディスク形変成器Ｔと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの電気的な接触状態の不良を検出する高周波加熱コイルの接触不良検出方法を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにより、被加熱体としてのワーク（クランクシャフト）１００の複数箇所を同時に高周波誘導加熱するに際し、次のとおりである。
【０００９】
本発明は、高周波発振機から複数の整合部を介して、それぞれの高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記複数の整合部のそれぞれに入力される入力電流を検出し、１）前記複数の整合部のうちのひとつの整合部への入力電流の値が、あらかじめ設定された電流値を超える過電流であるか、または、２）前記複数の整合部のうちのひとつの整合部への入力電流の値と、前記複数の整合部へ入力される入力電流の総和を前記複数の整合部の総数で除算した平均入力電流値との差が、あらかじめ設定された許容アンバランス電流値を超えるアンバランス電流であるとき、前記ひとつの整合部と、それに接続される前記高周波誘導加熱コイルとの接触不良が検出される方法である。
【００１０】
本発明は、前記接触不良が検出された後、さらに該接触不良が検出された前記ひとつの整合部に対して、高周波誘導加熱を停止するためのアラーム信号が出力される方法である。
【００１１】
本発明は、前記複数の整合部のそれぞれが、整合コンデンサとディスク形変成器とが並列共振回路に形成される方法である。
【００１２】
本発明は、前記複数の整合部のそれぞれに入力される入力電流は、ロゴスキー式の電流検出手段により検出される方法である。
【００１３】
本発明は、前記ディスク形変成器と無効電力補償用の整合部コンデンサとで前記整合部を構成し、該整合部の入力側、すなわち該整合部の前記ディスク形変成器の１次側に高周波電流検出器を配設して、常時、この入力電流を監視することにより、整合部入力電流検出回路部により、前記ディスク形変成器と前記高周波加熱コイルとの電気的な接触不良検出を行う方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の高周波焼入方法のひとつ実施の形態を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波加熱コイルへの入力電流を、前記整合部側から監視する図であり、図２は、図１中の整合部入力電流検出回路部の構成回路図である。
【００１５】
本高周波焼入方法の実施の形態である高周波焼入装置は、被加熱材として、材質が鋼材または炭素鋼材からなる４気筒エンジンのワーク（クランクシャフト）を、高周波焼入するものである。本発明は、前記ワーク（クランクシャフト）１００の各ピン部１２０，１４０，１６０，１８０およびジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の円柱部の外周上に高周波加熱コイル群２を載置し、該ワーク（クランクシャフト）１００をその中心軸Ｘを中心に回転せしめて前記高周波加熱コイル群２を前記円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部（または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部）を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する装置である。
【００１６】
図１の回路図は、１台の高周波発振機６（１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ高周波電力を出力）から出力される高周波加熱電力を、前記高周波加熱コイル群２の４個の高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、図示しない制御装置により切り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを経て、供給するように接続されている。同時に、それぞれの前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電流を監視するため、図２に示す整合部入力電流検出回路部３０が接続されている。
【００１７】
前記４個の切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ以後は、前記ワーク（クランクシャフト）１００の前記ピン部および前記ジャーナル部を加熱するため、図１に示すように、それぞれ、整合コンデンサＣとディスク型変成器Ｔからなる整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記４個の前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。ここでは、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとそれぞれ接続される前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについては、４個、すなわち４加熱箇所としているがこれはいくつでも構わない。
【００１８】
そして、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれへの入力電流を検出するため、該整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれの入力側に、図３（ａ）に示すロゴスキー式の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、それぞれ配設、接続されており、該高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから得られる、それぞれの前記入力電流を検出する信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを、前記整合部入力電流検出回路部３０に出力する。
【００１９】
前記整合部入力電流検出回路部３０は、図２に示すように、前記入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが入力されており、前記入力電流の、過電流検出回路３１、平均電流検出回路３２および電流バランス検出回路３３のほか、過電流異常検出回路３４の４回路から構成されている。
そして、前記過電流検出回路３１には入力過電流値設定信号が入力され、電流バランス検出回路３３には許容アンバランス電流値設定信号が入力される。
【００２０】
前記整合部入力電流検出回路部３０に入力される、それぞれの前記高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄからの入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、前記過電流検出回路３１、平均電流検出回路３２および電流バランス検出回路３３に入力され、前記過電流検出回路３１により入力過電流設定値以上の場合は、前記入力電流信号に対応して、入力過電流信号４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが、前記平均電流検出回路３２からはそれぞれの入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの平均電流値信号４２が、また前記電流バランス検出回路３３からは、前記平均電流検出回路３２から出力された平均電流値信号４２と、前記それぞれの入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとのバランス値を比較して、許容アンバランス電流設定値以上のとき、前記入力電流信号に対応して、それぞれアンバランス電流信号４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが出力される。
【００２１】
さらに、前記過電流検出回路３１と前記電流バランス検出回路３３から、それぞれ出力された入力過電流信号４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄとアンバランス電流信号４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄとは前記過電流異常検出回路３４に入力され、これらの両信号を監視し、どちらかの信号が入力されたときに、前記入力電流信号に対応して、それぞれの前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの過電流異常アラーム信号４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを外部に出力している。
【００２２】
ここで、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの電気的な接触状態が不良の場合、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれのディスク形変成器Ｔの入力側から測定されるインダクタンスは、前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと前記ワーク（クランクシャフト）１００との間のインダクタンス値とはならず、前記ディスク形変成器Ｔの１次側のインダクタンス値となる。その値は、定常値である場合は数十μＨであるのに対し、数ｍＨとなる。
【００２３】
そのため、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのディスク形変成器Ｔと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとのそれぞれの接触状態が不良であると、該整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの共振状態は定常状態から大きく相違し、そのような状態で前記ワーク（クランクシャフト）１００の複数箇所を同時加熱した場合、並列共振回路の構成となっている前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電流は、定常値よりも大きな値となる。
【００２４】
この場合、前記高周波発振機６の出力状態は、複数箇所の加熱の状態にもよるが、加熱段階が多いほど、前記高周波発振機６での加熱条件、すなわち高周波電圧、電流、電力および駆動周波数の変化は、定常値よりも少なくなる。このような場合には、前記整合部入力電流検出回路部３０が有効であり、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電流は、定常値よりも大きな値であることから、前記入力過電流設定値を適正値とすることで、異常を検出して前記過電流異常アラーム信号４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを出力し、速やかに高周波誘導加熱を停止することができる。
【００２５】
次に、図３（ａ）に示す前記高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電流を検出するロゴスキー式プローブ２２をそれぞれ有し、該ロゴスキー式プローブ２２は、図３（ｂ）に示すように、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力給電線に１回巻き付けられている。
それぞれの前記高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、１本の細い長い可撓性の中空チューブ２２ａ内に導電線２３を貫通し、該中空チューブ２２ａの貫通端２３ｂから、該導電線２３により該中空チューブ２２ａの外周面に一定な間隔でコイル状に巻回された前記ロゴスキー式プローブ２２を有するものである。使用される前記中空チューブ２２ａの材質は絶縁性の高いものを使用し、該中空チューブ２２ａの外周面に巻回される前記導電線２３も、前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの電圧値のよりも高い電圧に対して十分な耐電圧値を有するものが使用される。
【００２６】
前記高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、前記ロゴスキー式プローブ２２の出力端に５０Ωの同軸ケーブル２４を接続するとともに、５０Ωの終端抵抗を接続して、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電流値を電圧値に変換している。前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電流と電圧の変換比率は、前記中空チューブ２２ａに巻回されるコイルの回数で決定される。また、前記ロゴスキー式プローブ２２を、図３（ｂ）に示すように、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへのそれぞれの入力給電線に１回巻き付けるため、前記中空チューブ２２ａと前記同軸ケーブル２４の一端との接続点に、該中空チューブ２２ａの巻き始めの先端部分を機械的に接続するための筒状の保持部材２６が設けられている。前記同軸ケープル２４の他端には、ＢＮＣコネクタ２５が接続されている。
ここで、使用される前記高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、図１に示す前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのディスク型変成器Ｔ内に設置することも可能である。前記ロゴスキー式プローブ２２の取り替えも必要がなくなる。
【００２７】
以上の説明のように、本実施の形態によれば、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと前記高周波加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの電気的な接触状態を目視、または加熱後の前記ワーク（クランクシャフト）１００の焼入れ状態の目視確認の必要はなく、極めて容易に前記接触状態の不良を検出することができる。
【００２８】
以上、本発明の技術は、前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また、本発明の技術は、前記構成の範囲内において、種々の変更、付加が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の高周波焼入方法によれば、高周波発振機６から複数の整合部を介して、それぞれの高周波加熱コイルに電力を供給して、前記ワーク（クランクシャフト）１００を高周波誘導加熱中に、前記複数の整合部のそれぞれに入力される入力電流を検出し、１）前記複数の整合部のうちのひとつの整合部への入力電流の値が、あらかじめ設定された電流値を超える過電流であるか、または、２）前記複数の整合部のうちのひとつの整合部への入力電流の値と、前記複数の整合部へ入力される入力電流の総和を前記複数の整合部の総数で除算した平均入力電流値との差が、あらかじめ設定された許容アンバランス電流値を超えるアンバランス電流であるとき、前記ひとつの整合部と、それに接続される前記高周波加熱コイルとの接触不良が検出されるので、前記ワーク（クランクシャフト）１００の複数箇所を同時に高周波誘導加熱するとき、整合部の、前記ディスク形変成器の接触子と前記高周波加熱コイルの接触部との電気的な接触状態の不良を検出することができる。
【００３０】
特に、加熱中において前記整合部への入力電流を監視しながら、前記接触不良を検出できるため、連続生産における焼入品質の不良品の発生を防止することができ、生産効率を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の高周波焼入方法のひとつ実施の形態を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波加熱コイルへの入力電流を、前記整合部側から監視する図である。
【図２】  図１のなかの整合部入力電流検出回路部の構成回路図である。
【図３】  図３（ａ）は、整合部への入力電流を検出するロゴスキー式プローブを有する高周波電流検出器の外観図、図３（ｂ）は、該高周波電流検出器の使用状態を示す図である。
【図４】  ４気筒エンジンのクランクシャフトの正面図である。
【図５】  それぞれの整合部と高周波加熱コイルとの接続を示す構成外観図である。
【符号の説明】
２  高周波加熱コイル群
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  高周波加熱コイル
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  整合部５
６  高周波発振機
８  接続部
８ａ，８ｂ  接触凸部
８ｃ，８ｄ  接触凹部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  切替器
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  高周波電流検出器（ロゴスキー式）
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  入力電流信号
２２  ロゴスキー式プローブ
２３  導電線
２４  同軸ケーブル
２５  ＢＮＣコネクタ
２６  保持部材
３０  整合部入力電流検出回路部
３１  過電流検出回路
３２  平均電流検出回路
３３  電流バランス検出回路
３４  過電流異常検出回路
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  入力過電流信号
４２  平均電流値信号
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ  アンバランス電流信号
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ  過電流異常アラーム信号
１００  ワーク（クランクシャフト）
Ｃ  整合コンデンサ
Ｔ  ディスク形変成器
【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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