(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースの誘導加熱処理のためのシングルショットインダクタであって、該少なくとも部分的に円筒形の部品は、該円形部品の一端に接続され、該円形部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有し、該シングルショットインダクタは、次のものを備える：
クロスオーバーインダクタ部、ここで、該クロスオーバーインダクタ部は、供給クロスオーバー部及び戻りクロスオーバー部を備え、該供給クロスオーバー部は、電源供給端部及び供給脚部クロスオーバー部端部を有し、該供給脚部クロスオーバー部端部は、該電源供給端部と対向し、該戻りクロスオーバー部は、電源戻り端部及び戻り脚部クロスオーバー部端部を有し、該戻り脚部クロスオーバー部端部は、該電源戻り端部と対向し、該供給クロスオーバー部及び該戻りクロスオーバー部は、電源供給端部と電源戻り端部との間で互いに電気的に分離され、該電源供給端部及び電源戻り端部は、互いに隣接して配置され、かつ、誘電体によって分離されており；
鍔インダクタ部、ここで、該鍔インダクタ部は、第１鍔部及び第２鍔部を備え、該第１鍔部は、第１鍔部供給脚部端部及び第１鍔部戻り脚部端部を有し、該第１鍔部戻り脚部端部は、該第１鍔部供給脚部端部に対向し、該第２鍔部は、第２鍔部供給脚部端部及び第２鍔部戻り脚部端部を有し、該第２鍔部戻り脚部端部は、該第２鍔部供給脚部端部と対向しており；
供給脚部クロスオーバー端部及び供給脚部鍔端部を有する供給長手方向脚部インダクタ部、ここで、該供給脚部鍔端部は、該供給脚部クロスオーバー端部と対向し、該供給脚部クロスオーバー端部は、該供給脚部クロスオーバー部端部に接続され、該供給脚部鍔端部は、該第１鍔部供給脚部端部と第２鍔部供給脚部端部との間で接続されており；及び
戻り脚部クロスオーバー端部及び戻り脚部鍔端部を有する戻り長手方向脚部インダクタ部、ここで、該戻り脚部鍔端部は、該戻り脚部クロスオーバー端部と対向し、該戻り脚部クロスオーバー端部は、該戻り脚部クロスオーバー部端部に接続され、該戻り脚部鍔端部は、第１鍔部戻り脚部端部と第２鍔部戻り脚部端部との間に接続されて、電気的に並列に接続される該第１鍔部及び第２鍔部から、該供給長手方向脚部インダクタ部の供給脚部鍔端部及び該戻り長手方向脚部インダクタ部の戻り脚部鍔端部の周りに連続的な導電体を形成し、それによって、該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品が供給長手方向脚部インダクタ部と戻り長手方向脚部インダクタ部との間に位置し、円形部品が該鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されて前記第１鍔部及び第２鍔部が複合ワークピースの全周を取り囲み、交流電源が該供給クロスオーバー部の電源供給端部と該戻りクロスオーバー部の電源戻り端部との間で接続されたときに、該複合ワークピースは誘導加熱処理される、
シングルショットインダクタ。
【請求項２】
前記クロスオーバーインダクタ部は、形状が半円筒形であり、前記供給クロスオーバー部及び前記戻りクロスオーバー部は、それぞれ、形状が４分の１円筒形であり；
前記鍔インダクタ部は、形状が環状の円筒形リングであり、前記第１鍔部及び第２鍔部は、それぞれ、環状半円筒形リングであり、かつ、等しい円弧状の長さのものであり；
前記供給長手方向脚部インダクタ部及び前記戻り長手方向脚部インダクタ部は、該クロスオーバーインダクタ部及び前記鍔インダクタ部の径方向平面に対して垂直に長さにおいて方向付けられている、請求項１に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項３】
前記供給クロスオーバー部及び前記戻りクロスオーバー部が互いに非同一平面上にある、請求項１又は２に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項４】
前記供給クロスオーバー部、前記戻りクロスオーバー部、前記供給長手方向脚部インダクタ部、前記戻り長手方向脚部インダクタ部、前記第１鍔部又は前記第２鍔部の少なくとも一つにおいて少なくとも１つのプロファイル領域をさらに備える、請求項１、２又は３に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのプロファイル領域が段部プロファイル領域を含む、請求項４に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項６】
少なくとも１個の内部冷却回路が、該少なくとも１個の内部冷却回路内に冷却媒体を流すために、前記クロスオーバーインダクタ部、前記供給長手方向脚部インダクタ部、前記戻り長手方向脚部インダクタ部及び前記鍔インダクタ部内にさらに形成されてなる、請求項１〜５のいずれかに記載のシングルショットインダクタ。
【請求項７】
前記第１鍔部内の第１鍔部内部冷却路と連通する第１冷却回路供給入口ポート；
該第１鍔部内部冷却路と連通する戻り長手方向脚部インダクタ部内の戻り長手方向脚部インダクタ部内部冷却路
を備える第１冷却回路と、
該戻り長手方向脚部インダクタ部内部冷却路と連通する該戻りクロスオーバー部内の戻りクロスオーバー部内部冷却路と、
該戻りクロスオーバー部内部冷却路と連通し、それによって冷却媒体が前記第１鍔部、該戻り長手方向脚部インダクタ部及び該戻りクロスオーバー部を通って連続的に流れる第１冷却回路戻り出口ポートと、
次のものを備える第２冷却回路：
該第２鍔部内の第２鍔部内部冷却路と連通する第２冷却回路供給入口ポート；
該第２鍔部内部冷却路と連通する該供給長手方向脚部インダクタ部内における供給長手方向脚部インダクタ部内部冷却路；
該供給長手方向脚部インダクタ部内部冷却路と連通する該供給クロスオーバー部内における供給クロスオーバー部内部冷却路；
該供給クロスオーバー部内部冷却路と連通し、それによって冷却媒体が該第２鍔部、該供給長手方向脚部インダクタ部及び該供給クロスオーバー部を通して連続的に流れる第２冷却回路戻り出口ポートと
をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載のシングルショットインダクタ。
【請求項８】
中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースのインダクタ加熱処理用のシングルショットインダクタであって、該少なくとも部分的に円筒形の部品は、該円形部品の一端に接続され、そして該円形部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有し、該シングルショットインダクタは次のものを備える：
上部鍔インダクタ部、ここで、該上部鍔インダクタ部は、上部鍔第１部及び上部鍔第２部を備え、該上部鍔第１部は、上部鍔第１部第１脚部端部及び上部鍔第１部第２脚部端部を有し、該上部鍔第１部第２脚部端部は、該上部鍔第１部第１脚部端部と対向し、該上部鍔第２部は、上部鍔第２部第１脚部端部及び上部鍔第２部第２脚部端部を有し、該上部鍔第２部第２脚部端部は、該上部鍔第２部第１脚部端部と対向しており；
下部鍔インダクタ部、ここで、該下部鍔インダクタ部は、下部鍔第１部及び下部鍔第２部を備え、該下部鍔第１部は、下部鍔第１部第１脚部端部及び下部鍔第１部第２脚部端部を有し、該下部鍔第１部第２脚部端部は、該下部鍔第１部第１脚部端部と対向し、該下部鍔第２部は、下部鍔第２部第１脚部端部及び下部鍔第２部第２脚部端部を有し、該下部鍔第２部第２脚部端部は、下部鍔第２部第１脚部端部と対向しており；
電力供給長手方向脚部上部鍔部端部及び電力供給長手方向脚部下部鍔部端部を有する電力供給長手方向脚部インダクタ部、ここで、該電力供給長手方向脚部上部鍔部端部と該電力供給長手方向脚部下部鍔部端部との間には電源供給端子及び電源戻り端子が配置され、該電源供給端子及び該電源戻り端子は互いに電気的に分離され、該電力供給長手方向脚部上部鍔部端部は、該上部鍔第１部第１脚部端部及び該上部鍔第２部第１脚部端部に接続され、該電力供給長手方向脚部下部鍔部端部は、該下部鍔第１部第１脚部端部及び該下部鍔第２部第１脚部端部に接続されており；
戻り長手方向脚部上部鍔部端部及び戻り長手方向脚部下部鍔部端部を有する戻り長手方向脚部インダクタ部、ここで、該戻り長手方向脚部下部鍔部端部は、該戻り長手方向脚部上部鍔部端部と対向し、該戻り長手方向脚部上部鍔部端部は、該上部鍔第１部第２脚部端部及び該上部鍔第２部第２脚部端部に接続され、該戻り長手方向脚部下部鍔部端部は、該下部鍔第１部第２脚部端部及び該下部鍔第２部第２脚部端部に接続され、前記上部鍔第１部及び前記上部鍔第２部は電気的に並列に接続され、前記下部鍔第１部及び下部鍔第２部は電気的に並列に接続され、それによって、該複合ワークピースがシングルショットインダクタに装填され、該少なくとも部分的に円筒形の部品が該電力供給長手方向脚部インダクタ部と該戻り長手方向脚部インダクタ部との間に配置され、該円形部品が該下部鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されて前記上部鍔インダクタ部及び下部鍔インダクタ部が複合ワークピースの全周を取り囲み、そして交流電源が該電源供給端子と電源戻り端子との間に接続されたときに、該複合ワークピースは誘導加熱処理される、シングルショットインダクタ。
【請求項９】
前記上部鍔インダクタ部及び前記下部鍔インダクタ部は、それぞれ形状が環状円筒形リングであり；前記上部鍔第１部及び前記上部鍔第２部は、それぞれ、形状が環状半円筒形リングであり、かつ、等しい円弧状の長さのものであり；しかも、前記下部鍔第１部及び前記下部鍔第２部は、それぞれ、形状が環状半円筒形リングであり、かつ、等しい円弧状の長さのものであり；及び
前記電力供給長手方向脚部インダクタ部及び前記戻り長手方向脚部インダクタ部は、該上部鍔インダクタ部及び該下部鍔インダクタ部の径方向平面に対して垂直に長さにおいて方向付けられている、請求項８に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１０】
前記電源供給端子と前記電力供給長手方向脚部上部鍔部端部との間の距離が、前記電源戻り端子と前記電力供給長手方向脚部下部鍔部端部との間の距離には等しくない、請求項８又は９に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１１】
前記上部鍔インダクタ部、前記下部鍔インダクタ部、前記電力供給長手方向脚部インダクタ部又は前記戻り長手方向脚部インダクタ部の少なくとも一つにおいて少なくとも１つのプロファイル領域をさらに含む、請求項８、９又は１０に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのプロファイル領域が段部プロファイル領域を備える、請求項１１に記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１３】
少なくとも１個以上の内部冷却回路が、該少なくとも１個以上の内部冷却回路内に冷却媒体を流すために、前記上部鍔インダクタ部、前記電力供給長手方向脚部インダクタ部、前記戻り長手方向脚部インダクタ部及び前記下部鍔インダクタ部内にさらに形成されてなる、請求項８〜１２のいずれかに記載のシングルショットインダクタ。
【請求項１４】
中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースを加熱処理インダクタでシングルショット誘導加熱処理する方法であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品は、該円形部品の一端に接続され、該円形部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有し、該加熱処理インダクタは、次のものを備え：クロスオーバーインダクタ部、ここで、該クロスオーバーインダクタ部は、供給クロスオーバー部及び戻りクロスオーバー部を備え、該供給クロスオーバー部は、電源供給端部及び供給脚部クロスオーバー部端部を有し、該供給脚部クロスオーバー部端部は、該電源供給端部と対向し、該戻りクロスオーバー部は、電源戻り端部及び戻り脚部クロスオーバー部端部を有し、該戻り脚部クロスオーバー部端部は、該電源戻り端部と対向し、該供給クロスオーバー部及び該戻りクロスオーバー部は、該電源供給端部と該電源戻り端部との間で互いに電気的に分離され、該電源供給端部及び該電源戻り端部は、互いに隣接して配置され、かつ、誘電体によって分離されているものとし；鍔インダクタ部、ここで、該鍔インダクタ部は、第１鍔部及び第２鍔部を備え、該第１鍔部は、第１鍔部供給脚部端部及び第１鍔部戻り脚部端部を有し、該第１鍔部戻り脚部端部は、該第１鍔部供給脚部端部と対向し、該第２鍔部は、第２鍔部供給脚部端部及び第２鍔部戻り脚部端部を有し、該第２鍔部戻り脚部端部は、該第２鍔部供給脚部端部と対向するものとし；供給脚部クロスオーバー端部及び供給脚部鍔端部を有する供給長手方向脚部インダクタ部、ここで、該供給脚部鍔端部は、該供給脚部クロスオーバー端部と対向し、該供給脚部クロスオーバー端部は、該供給脚部クロスオーバー部端部に接続され、該供給脚部鍔端部は、該第１鍔部供給脚部端部と該第２鍔部供給脚部端部との間で接続されるものとし；及び戻り脚部クロスオーバー端部及び戻り脚部鍔端部を有する戻り長手方向脚部インダクタ部、ここで、該戻り脚部鍔端部は、該戻り脚部クロスオーバー端部と対向し、該戻り脚部クロスオーバー端部は、該戻り脚部クロスオーバー部端部に接続され、該戻り脚部鍔端部は、該第１鍔部戻り脚部端部と該第２鍔部戻り脚部端部との間に接続されて、電気的に並列に接続される該第１鍔部及び該第２鍔部から、該供給長手方向脚部インダクタ部の供給脚部鍔端部及び該戻り長手方向脚部インダクタ部の戻り脚部鍔端部の周りに連続的な導電体を形成するものとし；
該方法は、次の工程：
該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品を、該円形部品が該加熱処理インダクタの該鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されて前記第１鍔部及び第２鍔部が複合ワークピースの全周を取り囲むように、該供給長手方向脚部インダクタ部と該戻り長手方向脚部インダクタ部との間に装填し；
該供給クロスオーバー部の該電源供給端部と該戻りクロスオーバー部の該電源戻り端部との間に交流電流を供給して該複合ワークピースを誘導加熱処理し；及び
該加熱処理インダクタから複合ワークピースを取り外すこと
を含む方法。
【請求項１５】
前記供給クロスオーバー部の前記電源供給端部と前記戻りクロスオーバー部の前記電源戻り端部との間に交流電流を供給する期間の少なくとも一部の間に、前記複合ワークピースを該複合ワークピースの中心軸周りで回転させることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項８〜１３のいずれか１項に記載の加熱処理インダクタにより、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品を備える複合ワークピースをシングルショット誘導加熱処理する方法にして、該少なくとも部分的に円筒形の部品が、該円形部品の一端に接続され、該円形部品が、該少なくとも部分的に円筒形の部品の円筒形部品径よりも大きい円形部品径を有する方法であって、
該円形部品が該加熱処理インダクタの該下部鍔インダクタ部の外面に隣接して配置されるように該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品を該電力供給長手方向脚部インダクタ部と該戻り長手方向脚部インダクタ部との間に装填する工程と、
該電源供給端子と該電源戻り端子との間に交流電流を供給して該複合ワークピースを誘導加熱処理する工程と、
該加熱処理インダクタから複合ワークピースを取り外す工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１３年６月２２日に出願された米国仮出願第６１／８３８２４９の利益を主張する。その全体を参照により本明細書で援用する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する該円形部品の一端に接続されたものを有する複合ワークピースの電気誘導シングルショット加熱処理に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
実体軸又は中空軸などの直円柱状ワークピースを冶金的に熱処理（焼き入れ）して、目的の用途でワークピースに加えられる力に抵抗させることができる。例えば、ワークピースは、自動車のパワートレインで使用するために冶金的に焼き入れされる様々な円筒形自動車部品の場合がある。
【０００４】
さらに複雑なワークピースが様々な直径、隅肉部、肩部、孔部及び他の幾何学的な凹凸を有する複数の円筒形要素を組み合わせることによって形成されている。このような複合形状は、ｔｈｅ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ（Ｖａｌｅｒｙ  Ｒｕｄｎｅｖ外，２００３，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）の図５．２８（右側の図）及び図５．３６に示されている。図１（ａ）は、複合ワークピースの別の例を示す。一般に、これらの複合ワークピースは、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する該円形部品の一端に接続されるものを有することを特徴とすることができ、便宜上、このようなワークピースを本明細書では「複合ワークピース」という。例えば、図１（ａ）に示される複合ワークピース９０について、破線ボックス９０ａ内のワークピース部品は、少なくとも部分的に円筒形の部品であり、破線ボックス９０ｂ内のワークピース部品は、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きな直径を有する円形部品であり、これら２つのワークピース領域は、該少なくとも部分的に円筒形の部品９０ａが、円形部品９０ｂの中心軸と一致するその中心軸線ＣLを有し、かつ、該少なくとも部分的に円筒形の部品９０ａの外径ｄ1よりも大きな外径ｄ2を有する円形部品９０ｂの一端に接続されるように方向付けられている。
【０００５】
電気誘導加熱は、焼入れ、焼戻し及び応力緩和によるアニーリング、正規化、表面（ケース）硬化などの様々な熱処理プロセスで使用されている。誘導加熱処理の最も一般的な用途の一つは、鋼、鋳鉄及び粉末冶金部品の焼き入れである。いくつかの場合には、ワークピース全体の熱処理が必要である；しかしながら、他の場合には、ワークピースの選択された領域を加熱処理することしか必要ではない。
【０００６】
典型的な高周波焼入れプロセスは、オーステナイト化温度にまで強化されることが必要なワークピース又はワークピース領域を加熱し、ワークピース又は領域を、オーステナイト化を完了するのに十分な時間にわたってオーステナイト化温度で保持し（必要な場合）、その後その温度未満にまでワークピース又は領域を急速冷却し、その際、望ましいマルテンサイト構造が形成され始めることを伴う。急速冷却又は急冷は、マルテンサイトと呼ばれる非常に硬質な構成要素を生じさせるせん断型変換により拡散依存変換プロセスの交換を可能にする。マルテンサイトは、ワークピース若しくは領域の表面上で、又はワークピース若しくは領域の断面全体にわたって形成することができ焼き入れを行うことができる。ワークピースは、様々な理由で高周波焼き入れされる。例えば、焼き入れは、ねじり強さ及び／又はねじり疲労寿命を増大させ、曲げ強度及び／又は曲げ疲労寿命を向上させ、或いは耐摩耗性又は接触強度を向上させるために行うことができる。
【０００７】
様々なタイプの加熱インダクタを利用して円筒形又は複合ワークピースを高周波焼き入れすることができる。ワークピースの誘導加熱は、ワークピース内で渦電流加熱を誘導させるためにワークピースの領域と結合する磁束に依存するため、隣接する円筒形部品間の隅肉などの複合形状領域内での均一な誘導加熱処理は、典型的な誘導コイル装置では達成するのが困難である。さらに、誘導加熱プロセスは、一般にワークピースの内部への熱浸透が、内側への誘導渦電流加熱と、その後さらにワークピースの中央領域に向かって渦電流領域から内側に向かう伝導性の熱伝達（誘導電流浸透の深さによって制御される）との両方の組み合わせであり、この伝導性加熱処理は、熱「ソーキング」として当該技術分野において知られている。
【０００８】
インダクタの構成は、ワークピースの形状；加熱された材料の組成；インダクタ設置のための利用可能なスペース；加熱モード（例えば、スキャン、シングルショット、漸進的又は静的加熱モード）；ワークピース製造率；必要な加熱パターン及びワークピース処理の詳細（つまり、どのようにしてワークピースを装填しかつ取り外すか）を含む用途の特定のパラメータに依存する。
【０００９】
高周波焼入れのためのインダクタは、銅の高い電気及び熱伝導率、その固有の耐食性及び優れた冷間及び熱間加工性のため、典型的には銅又は銅合金から製造される。
【００１０】
チャネル型（シングルショット又はスロットとしても知られている）インダクタは、円筒形の複合ワークピースの通しの及び表面の焼き入れに最も適しているインダクタの一種である。チャネルインダクタでは、ワークピースも誘導コイルも、ワークピースの可能な回転を除き、互いに対して移動しない。チャネルインダクタは、シングルターン又はマルチターンインダクタとすることができる。マルチターンチャネルインダクタは、典型的には、熱間成形の前、例えば物品鍛造プロセスにおいて、ビレット又はバーの端部の通し加熱のために適用される。シングルターンチャネルインダクタは、典型的には、ｔｈｅ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇの図５．２８（右側の図）及び図５．３６に図示されている円筒形又は複合部品を高周波焼入れするために使用される。シングルターンチャネルインダクタの典型的な用途は、出力シャフト、フランジ付きシャフト、ヨークシャフト、中間シャフト及びドライブシャフトといった炭素鋼シャフトの焼き入れである。
【００１１】
シングルターンチャネルインダクタは、２個の長手方向脚部及び２個のクロスオーバーセグメント（ブリッジ又は馬蹄式半ループとしても知られている）からなる。クロスオーバーセグメントは、熱処理を受けるワークピースの全周を包囲していないが、典型的には円周の半分である一部のみを包囲する。ワークピースの長手方向領域を加熱する必要がある場合には、誘導渦電流が主としてワークピースの長さに沿って流れる。例外は、渦電流の流れが半円周であるチャネルインダクタのクロスオーバーセグメントであろう。例として、ｔｈｅ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇの図５．３３は、アクスルシャフトの高周波焼入れのために使用されるチャネルのインダクタを示している。２個の長手方向脚部のそれぞれ及び２個のクロスオーバーセグメントのそれぞれにおける瞬時電気交流は互いに反対方向である。
【００１２】
加熱領域の長さは、異なる長さの長手方向脚部を有するチャネルインダクタを製造することによって制御できる。図１（ｂ）は、従来技術のシングルターンチャネルインダクタ１００の一例を示す。第１（上部）クロスオーバー部１０２は、クロスオーバー半部１０２ａ及び１０２ａ’と、長手方向脚部１０４ａ及び１０４ｂと、第２（下部）クロスオーバー部１０６とを備える。図１（ｃ）に示すように、複合ワークピース９０がシングルターンサドルインダクタ１００に挿入される。クロスオーバー半部１０２ａ及び１０２ａ’（図１（ｂ））は、例えば誘電体スロット１１２によって互いに電気的に絶縁されているため、クロスオーバー半部１０２ａ及び１０２ａ’は、交流電源１１４の出力部に接続できる。インダクタ１００のクロスオーバー部及び長手方向脚部は、複合ワークピース９０の周囲を部分的にしか包囲しないため、ワークピースは、図１（ｃ）に示された熱処理位置に装填されるとその中心軸線ＣLの回りを回転する。
【００１３】
図１（ｂ）及び図１（ｃ）におけるチャネルインダクタ１００は、垂直又は水平方向のいずれかにおけるシングルショットワークピースの装填及び取り外しのために垂直方向に向けられる。
【００１４】
シングルターンチャネルインダクタの長手方向脚部は、熱処理を受けたワークピースの特定の幾何学的特徴を収容するように長手方向脚部の選択された領域をレリーフ成形することによって輪郭形成（プロファイル）できる（ワークピースの直径の変更など）。同様に、シングルターンチャネルインダクタの一方又は両方のクロスオーバー部を、ワークピースの適切な領域と結合する必要な磁界を生成させるために輪郭形成又は湾曲させて必要な温度プロファイルを達成することができる。ワークピースに面する狭い加熱表面を有するチャネルインダクタの必要な部分を製造することで、望ましい領域における誘導電力の密度を増大させることができる。
【００１５】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、従来技術のシングルショットチャネルインダクタの輪郭形成クロスオーバー部の隅肉領域付近における３つの典型例を示す。
【００１６】
図２（ａ）は、固体複合ワークピース９２を熱処理するための従来技術のシングルショット一周チャネルインダクタ加熱装置の下部半クロスオーバー部１０６’を示す。垂直に向けられたチャネルインダクタの下部クロスオーバー部１０６’（図１（ｂ）におけるクロスオーバー部１０６に類似）の右半分のみがインダクタ冷却媒体の流れのための内部冷却路１０６ａ’と共に図２（ａ）に示されている。この例では、ワークピースがチャネルインダクタで加熱された後に必要な熱条件を達成するときの急冷のために別個の急冷装置１１６が設けられる。別の急冷方法は、ワークピースを加熱し、そしてチャネルインダクタから取り外した後に急冷することを含む。垂直対称軸ＣLは、複合ワークピース９２の固体円筒形部品９２ａのコアとして示されている。したがって、複合ワークピース９２について、少なくとも部分的に円筒形の部品は、ソリッドシャフト円筒形部品９２ａであり、少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する円形部品は、部品９２ｂである（部品９２ａのためのクロスハッチの反対方向のクロスハッチを有する）。したがって、少なくとも部分的に円筒形の部品９２ａは、図２（ａ）に示されるように、円形部品９２ｂの中心軸と一致するその中心軸を有し、かつ、少なくとも部分的に円筒形の部品９２ａの直径よりも大きい直径を有する円形部品９２ｂの一端に接続されている。複合ワークピース９２の外径９２ｃ及び隅肉領域９２ｄは、高周波焼入れのための領域に含まれ、点描領域として示されている。外径９２ｃは、チャネルインダクタの長手方向脚部１０４ａ及び１０４ｂ（図２（ａ）には示されていない）に流れる電流によって発生する誘導渦電流のため加熱される。隅肉領域９２ｄにおける誘導加熱は、主として、チャネルインダクタの下部クロスオーバー部１０６’に流れるチャネルインダクタ電流によって生成される。
【００１７】
図２（ｂ）は、図１（ａ）にも示されているワークピースである中空複合ワークピース９０を熱処理するためのシングルショット一周従来技術チャネルインダクタ加熱装置の下部クロスオーバー部１０６”（右半分視野のみ）を示している。垂直に向けられたチャネルインダクタの下部クロスオーバー部１０６”（図１（ｂ）におけるクロスオーバー部１０６に類似）の半分のみがインダクタ冷却媒体の流れのための内部冷却路１０６ａ”と共に図２（ｂ）に示されている。別個の急冷装置は、図２（ｂ）には示されていない。垂直対称軸ＣLは、複合ワークピース９０の中空円筒形部品（９０ａ及び９０ｃ）のコアのために示されており、中空内部コア領域はクロスハッチなしで示されている。したがって、複合ワークピース９０について、図１（ａ）に関連して上記したように、少なくとも部分的に円筒形の部品は中空円筒形部品９０ａであり、少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する円形部品は、少なくとも部分的に円筒形の部品９０ａが図２（ｂ）に示されるように円形部品９０ｂの中心軸と一致するその中心軸を有し、かつ、少なくとも部分的に円筒形の部品９０ａの直径よりも大きい直径を有する円形部品９０ｂの一端に接続されるように、図において部品９０ｂで示されている。
【００１８】
ワークピースが図２（ａ）及び図２（ｂ）のように隅肉を含む焼き入れ領域を有する場合に、隅肉領域における誘導熱強度を実質的に増大させる必要がある場合が多い。というのは、隅肉領域は、加熱のための金属の実質的に大きな質量を有するからである。さらに、加熱隅肉の近傍で、かつ、焼き入れされる領域の後ろにかなり大きいワークピースの質量があり、これは、熱伝導率のため加熱隅肉から熱を引き出すかなりの「コールド」シンク効果を生じさせる。したがって、コールドシンク効果の冷却効果は、隅肉領域において追加の加熱エネルギーを誘導することによって補償されなければならない。必要なエネルギーの余剰分を、チャネルインダクタの好適な部分の通電面を狭くすることによって達成して、適切な領域内において誘導電力密度を増大させる場合が多い。例えば、インダクタ部の加熱面の通電部分が半分に減少する場合には、それに応じて、インダクタ部の電流密度並びに各ワークピース領域内において誘導される渦電流の密度が増大することになる。ジュール効果に従って、誘導渦電流の密度が２倍になる場合には、誘導電力密度が４倍に増加する。
【００１９】
図２（ａ）及び特に図２（ｂ）における構成について、隅肉領域に面する交差領域におけるインダクタの加熱面は、隅肉領域内において誘導渦電流及び発熱を集中させるように輪郭形成されている。
【００２０】
図２（ｃ）は、磁束コンセントレータ８０ａ及び８０ｂが複合ワークピース９４の隅肉領域９４ｃに加熱エネルギーをさらに集中させるように輪郭形成されるクロスオーバー部インダクタに加えて設けられている別の従来技術のシングルショット一周チャネルインダクタ加熱装置の下半分クロスオーバー部１０６’’’の詳細図を示す。インダクタの局所的電流密度は、磁束コンセントレータを利用するとかなり増大する場合がある。
【００２１】
磁束コンセントレータ（フラックスインテンシファイア、フラックスコントローラ、シャント、ダイバータ又は磁気コアとも呼ばれる）は、チャネルインダクタのワークピースと磁場との間の電磁結合に影響を与える。高周波焼入れの際には磁束コンセントレータのいくつかの伝統的な機能が存在する：（ａ）ワークピースの所定領域の選択的加熱を与える；（ｂ）インダクタの電気効率を改善させる；及び（ｃ）電磁シールドとして作用し、かつ、隣接領域の望ましくない加熱を防止する。磁束コンセントレータは、低い導電性を有する高透磁率の軟磁性材料から作製される。磁束コンセントレータの軟磁性の性質とは、外部磁界を印加したときにのみ磁性であることを意味する。これらの材料は、交流磁場に露出されると、多くの摩擦なしに磁化を急速に変化させることができる。小面積の狭い磁気ヒステリシスループがこれらの材料に典型的なものである。コンセントレータは、低い磁気抵抗の経路を与え、かつ、所望の領域において磁束線の集中を促進する。磁束コンセントレータがインダクタ分野に導入される場合には、これは磁束のための低いリラクタンスパスとなり、漂遊磁束を減少させ、そして磁界の仮想磁束線を集中させる。磁束コンセントレータがなければ、磁界は、インダクタの周りに広がり、導電性の周囲とつながることになるであろう（例えば、加熱されることが望ましくない補助装置、金属支持体、道具、器具、ワークピース領域）。コンセントレータは、磁気経路を形成して、所望の領域においてインダクタの磁場を案内する。上記の要因は、誘導加熱選択領域に潜在的に正の影響を及ぼす。しかし、インダクタの所定領域における局在的な電流密度が実質的に増大し、局在的なインダクタ過熱を潜在的に引き起こし、及び／又はインダクタ応力割れの開始を早める（例えばインダクタの加工焼き入れにより）場合がある。
【００２２】
従来のシングルターンチャネルインダクタの主な欠点の１つは、その短い寿命である。隅肉領域などのワークピースの選択領域において十分な発熱を生じさせるための要件により、磁束コンセントレータを使用することと共にかなり狭いインダクタ加熱面を有することが必要になるところ、これは、過度のコイル電流密度及び加熱インダクタの早期故障に関連する。早期のインダクタ障害（亀裂、応力腐食又は応力疲労）は、典型的には、最も高い電流密度の領域で発生し、かつ、通常、隅肉の加熱を与えるシングルターンチャネルインダクタのクロスオーバー部１０６で生じる。また、クロスオーバー部は、電磁力の存在のため、インダクタの屈曲を受ける。したがって、焼き入れインダクタの寿命を延ばすためには、その領域で電流密度を低減させる試みをすることが必要である。
【００２３】
従来のシングルターンチャネルインダクタの別の欠点は、焼き入れ部品の品質及び加熱再現性に負の影響を与える過剰なプロセス感度に関連する。過度の感度は、電磁近接効果に関連する。チャネルインダクタの内部にあるワークピースの位置が変化する場合（例えば、インダクタ内においてワークピークを回転させるための装置に関連したベアリングの摩耗、インダクタにおけるワークピースの誤った装填により）には、特に隅肉領域内における加熱強度の即時変化が存在することになる。これは、典型的には、それに関連した温度不足及び硬度深さの減少をもたらす。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｖａｌｅｒｙ  Ｒｕｄｎｅｖ外，「ｔｈｅ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ，２００３，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，米国ニューヨーク州ニューヨーク
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的の一つは、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品が該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する円形部品の一端に接続された複合ワークピースのシングルショット誘導加熱のための改良されたインダクタであって、インダクタ寿命が延長され、堅牢性が改善し、インダクタ内に位置するワークピースに対する加熱感度が低下したものを提供することである。
【００２６】
本発明の上記及び他の態様は、本明細書及び特許請求の範囲に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
発明の簡単な概要
一態様では、本発明は、複合ワークピースをシングルショットインダクタで誘導加熱処理するための装置及び方法である。複合ワークピースは、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径の該円形部品の一端に接続されたもの有する。シングルショット一周インダクタは、２個の長手方向脚部インダクタ部の第１端部に接続された単一のクロスオーバーインダクタ部を有し、該２個の長手方向脚部の第２端部は鍔インダクタ部に接続され、該鍔インダクタ部は、該複合ワークピースが誘導加熱の適用のためにシングルショット一周インダクタに装填されたときに該複合ワークピースの該少なくとも部分的に円筒形の部品の全周を取り囲む。クロスオーバーインダクタ部は、鍔インダクタ部及び長手方向脚部インダクタ部と共に電気的に直列に接続されて完全な電気回路を形成する。
【００２８】
別の態様では、本発明は、シングルショットインダクタにより複合ワークピースを誘導加熱処理するための装置及び方法である。複合ワークピースは、中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品であって、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有する円形部品の一方の端部に接続されたものを有する。シングルショット一周インダクタは、２個の長手方向脚部インダクタ部の第１端部に接続された第１鍔インダクタ部を有し、該２個の長手方向脚部インダクタ部の第２端部が第２鍔インダクタ部に接続されている。第１及び第２鍔インダクタ部は、複合ワークピースが誘導加熱適用のためのシングルショット一周インダクタに装填されたときに、複合ワークピースの少なくとも部分的に円筒形の部品の全周を取り囲む。２個の長手方向脚部インダクタ部の一つは、シングルショットインダクタに交流を供給するように構成される。
【００２９】
また、本発明のシングルショットインダクタを使用して、円筒形ワークピースを加熱処理することもでき、その際、円筒形ワークピースの軸方向長さが本発明のシングルショットのインダクタに挿入されている。
【００３０】
本発明の上記及び他の態様は、本明細書及び特許請求の範囲に記載されている。
【００３１】
以下において簡単に要約する添付の図面は、本発明の例示的な理解のために提供されるものであり、本明細書及び特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１（ａ）】図１（ａ）は、複合ワークピースの一例であり、ここで、該複合ワークピースの少なくとも部分的に円筒形の部品は、円形部品の中心軸と一致するその中心軸を有する、該少なくとも部分的に円筒形の部品の直径よりも大きい直径を有するワークピースの円形部品の一端に接続されている。
【図１（ｂ）】図１（ｂ）は、図１（ａ）の複合ワークピースを熱処理するために使用できる従来技術のチャネルインダクタの一例の等角図である。
【図１（ｃ）】図１（ｃ）は、図１（ｂ）の従来技術のチャネルインダクタに装填された図１（ａ）に示される複合ワークピースを示す。
【図２（ａ）−（ｃ）】図２（ａ）−（ｃ）は、インダクタの下部クロスオーバー部の右半分断面のみを示すシングルターンチャネルインダクタで複合ワークピースを加熱処理するための従来技術の構成を示す。
【図３】図３は、インダクタを通した瞬時電流の流れを示す矢印を有する本発明のシングルショットインダクタの一例の等角図である。
【図４（ａ）】図４（ａ）は、加熱される特定のワークピースのための直径変更といった必要なワークピースの硬度パターン及びワークピースの幾何学的特徴を収容するための鍔インダクタ部に配置されたインダクタ段部領域の一例を示すために、図４（ａ）と図４（ｂ）との間での９０度中心軸回転で示される図３のシングルショットインダクタである。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は、加熱される特定のワークピースのための直径変更といった必要なワークピースの硬度パターン及びワークピースの幾何学的特徴を収容するための鍔インダクタ部に配置されたインダクタ段部領域の一例を示すために、図４（ａ）と図４（ｂ）との間での９０度中心軸回転で示される図３のシングルショットインダクタである。
【図５（ａ）】図５（ａ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）のシングルショットインダクタであり、部分的な切り欠きはインダクタを通した内部冷却媒体流路を示す。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）のシングルショットインダクタであり、部分的な切り欠きはインダクタを通した内部冷却媒体流路を示す。
【図６】図６は、図３に示されたシングルショットインダクタに装填する前の複合ワークピースを断面立面で示す。
【図７】図７は、図３に示されたシングルショットインダクタに装填した後の複合ワークピースを、長手方向脚部の平面切断により断面立面で示す。
【図８】図８は、本発明のシングルショットインダクタの別の例を示す図である。
【図９（ａ）】図９（ａ）は、本発明のシングルショットインダクタの別の例の等角図であり、矢印はインダクタを通した瞬時電流の流れを示す。
【図９（ｂ）】図９（ｂ）は、本発明のシングルショットインダクタの別の例の等角図であり、矢印はインダクタを通した瞬時電流の流れを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
発明の詳細な説明
図３〜図５（ｂ）は、本発明のシングルショットインダクタ１０の一例を示す。図３を参照すると、シングルショットインダクタ１０は、クロスオーバーインダクタ部１２と、長手方向脚部１４ａ及び１４ｂと、鍔インダクタ部１６とを備える。クロスオーバー部１２は、クロスオーバー半部１２ａ及び１２ａ’を備える。クロスオーバー半部１２ａ及び１２ａ’は、例えば絶縁溝２２によって、クロスオーバー半部１２ａ及び１２ａ’が交流電源２４の出力部に接続できるように互いに電気的に分離される。絶縁溝２２は、空気充填誘電体であることができ、又はシートマイカなどの電気絶縁材料で充填できる。鍔インダクタ部１６は、連続的な導電体を形成する連続鍔半部１６ａ及び１６ｂを備え、該導電体は、長手方向脚部１４ａ及び１４ｂに電気的に接続されている。鍔インダクタ部１６の半部１６ａ及び１６ｂの両方は、互いに対して並列に電気的に接続されている。鍔インダクタ部１６の半部１６ａ及び１６ｂのそれぞれは、この例では、高段部（１６ａ’及び１６ｂ’）及び低段部（１６ａ”及び１６ｂ”）領域が図３に示すように傾斜相互接続領域（１６ａ’’’及び１６ｂ’’’）を介して接続されるように輪郭形成（プロファイル）されている（図において段部領域１６ｂ”は部分的に隠れている）。本発明の全ての実施形態では、輪郭形成は、加熱処理を受ける特定の複合ワークピースの幾何学的特徴を収容することが必要な場合には、鍔インダクタ部の選択領域をレリーフ成形することによって達成できる。必要に応じて、クロスオーバーインダクタ部又は長手方向脚部インダクタ部も輪郭形成できる。
【００３４】
シングルショットインダクタ１０を通した瞬時交流の流れが図３に矢印で示されている。このように、瞬時電流は、クロスオーバー半部の一つから鍔インダクタ部１６まで２個の長手方向脚部の一つに流れ、その後並列の鍔半部１６ａ及び１６ｂを介して流れ、そして他のクロスオーバー半部に戻るために鍔インダクタ部１６から他の長手方向脚部に出る。この構成は、２個のクロスオーバー部を有する上記従来技術のシングルショット一周チャネルインダクタと比較して、鍔半部のそれぞれにおいて必要とされる電流の大きさを減少させると共に、上記従来技術の部分包囲とは対照的に、ワークピースの全周を取り囲むことによってワークピースにおいて同じ必要な加熱エネルギーを保持する。鍔半部における電流の大きさの減少は、電流密度及び電磁力を減少させるが、これは、シングルショットインダクタ１０の寿命を従来技術のシングルショット一周チャネルインダクタよりも延長させることになる。
【００３５】
例示及び非限定の目的のために、クロスオーバー半部１２ａを供給クロスオーバー部ということができる；長手方向脚部インダクタ部１４ａを供給長手方向脚部インダクタ部ということができる；長手方向脚部インダクタ部１４ｂを戻り長手方向脚部インダクタ部ということができる；クロスオーバー半部１２ａ’を戻りクロスオーバー部ということができる。供給クロスオーバー部は、電源供給端部１３ａと、対向する供給脚部クロスオーバー部端部１３ｂとを有する。戻りクロスオーバー部は、電源戻り端部１３ｃと、対向する戻り脚部クロスオーバー部端部１３ｄとを有する。第１鍔部１６ａは、対向する第１鍔部供給脚部端部１７ｂ及び第１鍔部戻り脚部端部１７ａを有し、第２鍔部１６ｂは、対向する第２鍔部供給脚部端部１７ｃ（図４（ｂ）参照）及び第２鍔部戻り脚部端部１７ｄを有する。破線は、それぞれの第１及び第２鍔部１６ａ及び１６ｂの端部を参照するために使用されている；鍔インダクタ部１６（第１及び第２鍔部１６ａ及び１６ｂから形成される）は、典型的には、連続略環状円筒形部品として製造される。供給長手方向脚部インダクタ部１４ａは、供給脚部クロスオーバー端部１４ａ’及び供給脚部鍔端部１４ａ”を有する。供給脚部クロスオーバー端部１４ａ’は、供給脚部クロスオーバー部端部１３ｂに接続され、供給脚部鍔端部１４ａ”は、第１及び第２鍔部供給脚部端部１７ｂ及び１７ｃ間で接続される。戻り長手方向脚部インダクタ部１４ｂは、戻り脚部クロスオーバー端部１４ｂ’及び戻り脚部鍔端部１４ｂ”を有する。戻り脚部クロスオーバー端部１４ｂ’は、戻り脚部クロスオーバー部端部１３ｄに接続され、戻り脚部鍔端部１４ｂ”は、第１及び第２鍔部戻り脚部端部１７ａ及び１７ｄの間に接続されて、第１及び第２鍔部から供給及び戻り長手方向脚部インダクタ部の供給及び戻り脚部鍔端部の周りに連続的な導電体を形成し、それによって、複合ワークピースの少なくとも部分的に円筒形の部品が供給及び戻り長手方向脚部インダクタ部間に配置され、複合ワークピースの円形部品が鍔インダクタ部の外面１６ｃに隣接して配置され、しかも交流電源が供給クロスオーバー部の電源供給端部と戻りクロスオーバー部の電源戻り端部との間で接続されたときに、複合ワークピースは、誘導加熱処理される。
【００３６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１及び第２鍔部から形成される連続鍔インダクタ部１６を輪郭形成する一例を例示するために、連続鍔インダクタ部１６を第１鍔部１６ａの輪郭形成領域１６ａ’及び１６ａ”（図３を参照）並びに第２鍔部１６ｂの１６ｂ’及び１６ｂ”（図３参照）に分割したものである。上記のように、このような鍔のインダクタ段部領域への輪郭形成は、直径変更又は壁厚変更といった、必要なワークピース硬度パターン及びワークピース幾何学的特徴を収容する（例えば、熱処理を受ける複合ワークピースの少なくとも部分的に円筒形の部品が中空の場合）。各鍔半部には２個以上の段部領域が必要な場合があり、また、鍔段部の全部又は一部は、互いに体積が等しくなくてもよい。さらに、各傾斜相互接続領域（１６ａ’’’及び１６ｂ’’’）の円弧（円弧状）長は、互いに異なっていてよく、少なくとも部分的に円筒形の部品と複合ワークピースの円形部品との間にあるシャフト領域又は隅肉領域などの複合ワークピースの特定の領域で誘起されるエネルギーに異なる影響を与えるように製造される。
【００３７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、交流がインダクタを通って流れるときにジュール効果加熱によって引き起こされるインダクタ１０を冷却するための流体冷却媒体の供給及び戻りのためのシングルショットインダクタ１０の入口及び出口ポートを示す。この例では、２個の別々の冷却回路、すなわち冷却回路「Ａ」（実線矢印で示す）及び冷却回路「Ｂ」（破線矢印で示す）が設けられる。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、供給入口（「Ａ」ＩＮ）冷却経路は、順に、鍔半部１６ａ（１６ａ’及び１６ａ”）；長手方向脚部インダクタ部１４ｂ及びクロスオーバー半部１２ａ’を通って戻り出口（「Ａ」ＯＵＴ）までであり、供給入口（「Ｂ」ＩＮ）冷却経路は、順に、鍔半部１６ｂ（１６ｂ’及び１６ｂ”）；長手方向脚部インダクタ部１４ａ及びクロスオーバー半部１２ａを通って戻り出口（「Ｂ」ＯＵＴ）までである。インダクタ１０の異なる部についての別々の二重冷却回路は、異なる冷却パラメータがインダクタ１０の製造の際に任意の非対称の特徴を補うのを可能にするという点で有利である。また、それぞれ個別の供給口に入り、そしてまず別個の鍔半部を冷却し、これにより最大の熱を発生させることになり、そしてその後別個の長手方向脚部インダクタ部及び別個のクロスオーバー半部に流れ続ける。本発明の別の例では、水冷は必要でない場合があり、又は全インダクタについて単一の冷却回路で十分な場合があり、本発明の特定の複合ワークピースに利用できる。
【００３８】
図３〜図５（ｂ）において、クロスオーバーインダクタ部は、概して（すなわち、輪郭形成なしで）形状が半円筒形であり、かつ、誘電体スロット２２によって略４分の１の円筒形クロスオーバー半部に分離される。本発明の他の実施形態では、クロスオーバーインダクタ部は、概して形状の点で半円筒形よりも大きくても小さくてもよく、また、クロスオーバー半部は、概して、熱処理を受ける特定の複合ワークピースに対して均等の鏡像形状又は不均等な形状の４分の１円筒半部よりも大きくても小さくてもよい。図３〜図５（ｂ）において、それぞれの長手方向脚インダクタ部は、概して（すなわち輪郭形成なしで）、形状が長方形棒であり、かつ、概して（すなわち輪郭形成なしで）クロスオーバーインダクタ部及び鍔インダクタ部の径方向断面平面に対して垂直であるが、この平面は、中心軸ＣLに対して垂直であり、そうでなければ、本発明の他の実施形態では熱処理を受ける特定の複合ワークピースに対して成形され又は方向付けられる場合がある。図３〜図５（ｂ）において、鍔インダクタ部は、概して（すなわち輪郭形成なしで）、鍔半部が均等な弓状長さの環状半円筒形リングである環状円筒形リングの形状であり、図に示されるように対向する長手方向脚部インダクタ部が２個の鍔半部の隣接する端部に接続されている；本発明の他の例では、鍔半部は、熱処理を受ける特定のワークピースに対して不均等な弓形長さのものであってもよい。
【００３９】
図６は、シングルショットインダクタ１０に装填する前の複合ワークピース９０を示す。図７は、誘導加熱処理プロセスのためにシングルショットインダクタ１０に装填された複合ワークピース９０を示す。少なくとも熱処理プロセスの一部の間に中心軸ＣLの周りを回転させるために、装填複合ワークピース９０に好適な装置を設けることができる。鍔部１６は、装填複合ワークピース９０の全周を取り囲むため、隅肉領域９０ｄにおける加熱エネルギーは、インダクタの電流輸送面の過度の減少を必要とすることなく、またコイル電流の大きさの過度の増加を必要とすることなく増加する。
【００４０】
複合ワークピースがインダクタ１０内に非対称に配置される（すなわち、鍔インダクタ部１６の対称軸（Ａcollar）がインダクタ１０内の複合ワークピース９０の対称軸（ＣL）と一致しない）場合には、インダクタからワークピースまでの大きなギャップを有する２個の半鍔部の一つで生じる誘導加熱効果が減少することになり、これは、インダクタからワークピースまの小さなギャップを有する２個の半鍔部の他方で生じる誘導加熱効果の増大によって相殺される。その結果、インダクタ１０内における複合ワークピース９０の位置に関連した誘導加熱処理プロセス感度は、従来技術のシングルターンチャネルインダクタについて上記したものよりも低下する。
【００４１】
図８は、本発明のシングルショットインダクタ１１の別の例を示す。この例では、シングルショットインダクタ１０とは異なり、長手方向脚部インダクタ部１５ａ及び１５ｂの長手方向の長さは不均等であるため、クロスオーバーインダクタ部１３のクロスオーバー半部１３ａ及び１３ａ’は、シングルショットインダクタ１１に装填されたワークピースの中心軸の周りに異なる距離で配置される。長手方向脚部の長手方向長さが異なる長さのものである場合には、供給及び戻りクロスオーバー部は、クロスオーバー半部１３ａ及び１３ａ’間の平面分離ｚ1により、図８に示すように中心軸ＣLに対して垂直な供給及び戻りクロスオーバー部の対応する断面径方向平面に対して互いに非同一平面となる。さらに、クロスオーバー半部１３ａ及び１３ａ’の面１３ａａ及び１３ａａ’（網目で示す）の輪郭形成は相違する場合がある。図８において、鍔インダクタ部１６は、シングルショットインダクタ１０のための鍔インダクタ部１６と同様とすることができる。
【００４２】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明のシングルショットインダクタ３０の別の例を示す。この実施形態では、第２鍔インダクタ部を、本発明の他の実施形態におけるクロスオーバーインダクタ部の代わりに使用し、２個の長手方向脚部の一方を２個の電気的に絶縁された長手方向半脚部に分割しており、それによって、長手方向半脚部間に電源２４を接続することができ、また、シングルショットインダクタ３０の長手方向脚部の両端部にある２個の鍔インダクタ部が非分割長手方向脚部３４ｂによって互いに直列に接続される。便宜上、図９（ａ）及び図９（ｂ）において、２個の鍔インダクタ部を、２個の鍔インダクタ部の上部及び下部空間的方向に限定することなく、上部鍔インダクタ部３２及び下部鍔インダクタ部３６という。上部鍔インダクタ部３２は、上部鍔第１部３２ａと上部鍔第２部３２ｂとを備え、これらは、電気的に並列に接続される。破線は、それぞれの鍔部の両端部を参照するために使用する。上部鍔３２は、典型的には、連続略環状円筒形部品として製造される。上部鍔第１部は、対向する上部鍔第１部第１脚部端部３２ａ’及び上部鍔第１部第２脚部端部３２ａ”を有し、上部鍔第２部は、対向する上部鍔第２部第１脚部端部３２ｂ’及び上部鍔第２部第２脚部端部３２ｂ”を有する。下部鍔インダクタ部３６は、下部鍔第１部３６ａと、下部鍔第２部３６ｂとを備える。下部鍔第１部３６ａは、対向する下部鍔第１部第１脚部端部３７ａ及び下部鍔第１部第２脚部端部３７ｂを有し、下部鍔第２部３６ｂは、対向する下部鍔第２部第１脚部端部３７ｃ及び下部鍔第２部第２脚部端部３７ｄを有する。電力供給長手方向脚部インダクタ部３４ａは、電力供給長手方向脚部上部鍔部端部３４ａ’及び電力供給長手方向脚部下部鍔部端部３４ａ”を有する。電力供給長手方向脚部上部鍔部端部と電力供給長手方向脚部下部鍔部端部との間には電源供給端子３５ａ及び電源戻り端子３５ｂが配置される。用語「供給」及び「戻り」は、便宜上使用されるものであり、シングルショットインダクタ３０の向きを限定するものではなく、矢印はシングルショットインダクタ３０を流れる交流の瞬間的な方向を示す。電源供給端子と戻り端子と間の電気的絶縁は、端子間の空間３５によって与えられ、これは誘電体空気充填又はシートマイカなどの誘電材料であることができる。電力供給長手方向脚部上部鍔部端部３４ａ’は、上部鍔第１及び第２部第１脚部端部３２ａ’及び３２ｂ’に接続され、電力供給長手方向脚部下部鍔部端部３４ａ”は、下部鍔第１及び第２部第１脚部端部３７ａ及び３７ｃに接続される。戻り長手方向脚部インダクタ部３４ｂは、戻り長手方向脚部上部鍔部端部３４ｂ’及び戻り長手方向脚部下部鍔部端部３４ｂ”を有する。戻り長手方向脚部上部鍔部端部３４ｂ’は、上部鍔第１及び第２部第２脚部端部３２ａ”及び３２ｂ”に接続され、戻り長手方向脚部下部鍔部端部３４ｂ”は、下部鍔第１及び第２部第２脚部端部３７ｂ及び３７ｄに接続されるため、複合ワークピースがシングルショットインダクタ３０に装填されると、熱処理を受ける複合ワークピースの少なくとも部分的に円筒形の部品は、電力供給長手方向脚部インダクタ部３４ａと電力供給戻り長手方向脚部インダクタ部３４ｂとの間に位置し、そして、複合ワークピースの円形部品は、下部鍔３６の外面３６ｃに隣接して位置し、交流電源が電源供給端子３５ａと電源戻り端子３５ｂとの間で接続され、複合ワークピースが誘導加熱処理される。下部鍔インダクタ部の外面３６ｃは、上部鍔インダクタ部から離れて面する下部コイルの面である。この例では、下部鍔第１部３６ａにおける輪郭形成領域３６ａ’、３６ａ”及び３６’’’並びに下部鍔第２部３６ｂにおける輪郭形成領域３６ｂ’、３６ｂ”及び３６ｂ’’’は、それぞれ、シングルショットインダクタ１０の下部鍔第１部１６ａにおける輪郭形成領域１６ａ’、１６ａ”及び１６ａ’’’並びに下部鍔第２部１６ｂにおける輪郭形成領域１６ｂ’、１６ｂ”及び１６ｂ’’’と同様である。
【００４３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）において、上部及び下部鍔インダクタ部は、それぞれ、概して（すなわち輪郭形成なしで）、環状円筒形リングの形状であり、鍔半部は、均等な円弧状長さの環状半円筒形リングであり、対向する長手方向脚部は、２個の鍔半部の隣接する端部に接続されている；本発明の他の例では、鍔半部は、熱処理を受ける特定のワークピースについて不均等の弓状長さのものであることができる。図９（ａ）及び図９（ｂ）において、分割及び非分割長手方向脚部インダクタ部は、それぞれ、概して（すなわち、輪郭形成なしで）形状が長方形棒であり、かつ、概して（すなわち、輪郭形成なしで）、中心軸ＣLに対して垂直な上部及び下部鍔インダクタ部断面径方向平面に対して垂直であり、本発明の他の実施形態では加熱処理を受ける特定の複合ワークピースについて別の方法で成形され又は方向付けられる場合がある。
【００４４】
図９（ａ）及び図９（ｂ）におけるシングルショットインダクタ３０の一つの好ましい二重分離冷却回路構成は、例えば、第１分離冷却回路が上部鍔３２を通って流れ、第２分離冷却回路が下部鍔３６を通って流れる二重分離冷却回路構成である。本発明の他の実施形態では、単一又は複数分離冷却回路を、図９（ａ）及び図９（ｂ）におけるシングルショットインダクタ３０のために利用できる。
【００４５】
本発明の他の例では、本発明のシングルショットインダクタ１０又は１１は、シングルショットマルチターンインダクタ、例えば、２個の鍔インダクタ部及び長手方向脚部の個別のペアがそれぞれの鍔インダクタ部に接続されたシングルショット２周インダクタとすることができる。
【００４６】
中心軸が円形部品の中心軸と一致する少なくとも部分的に円筒形の部品の複合ワークピースの特徴は、少なくとも部分的に円筒形の部品の中心軸が一致せず、かつ、依然として本発明のシングルショットインダクタの長手方向脚部インダクタ部間に挿入（装填）できると共に、少なくとも部分的に円筒形の部品と長手方向脚部インダクタ部との間に最小の径方向エアギャップを保持することができる複合ワークピースを含む。
【００４７】
また、任意に、本発明のシングルショットインダクタを使用してシャフトなどの円筒形ワークピースを誘導加熱処理することもできる。
【００４８】
シングルショットインダクタの上記の例は、インダクタ及びワークピースが垂直な方向で軸方向に向けられているが、本発明の他の例では任意の他の向きを使用することができる。用語「上部」及び「下部」並びに「供給」及び「戻り」は、単なる例示のために使用されており、シングルショットインダクタの他の向きも許容できるため本発明の範囲を限定するものではない。
【００４９】
本発明のシングルショットインダクタで加熱されたワークピースの急冷は、ワークピースを加熱し、シングルショットインダクタから除去した後に達成でき、又は本発明の他の例では、急冷通路を本発明のシングルショットインダクタの内部に設けることができ、好適な供給源からの冷却剤を、内部急冷通路を介して供給して、ワークピースをそれがシングルショットインダクタからまだ取り外されていない間に急冷することができる。
【００５０】
本発明のシングルショットインダクタのいずれかは、例えばコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）によって銅ブロックからモノリシックインダクタとして製造できる。
【００５１】
上記の記載では、説明のために、多数の特定の要件及びいくつかの特定の内容を例及び実施形態の完全な理解を提供するために記載してきた。しかし、当業者であれば、１以上の他の例又は実施形態を、これらの特定の詳細の一部がなくても実施できることは明らかであろう。記載された特定の実施形態は、本発明を限定するために提供されるのではなく、それを例示するために提供されるものである。
【００５２】
本明細書を通して「一例又は一実施形態」、「例又は実施形態」、「１以上の例又は実施形態」或いは「別の例又は別の実施形態」への言及は、例えば、特定の特徴が本発明の実施に包含され得ることを意味する。上記説明では、様々な特徴を、開示を簡素化し、様々な発明の態様の理解を助ける目的のためにその単一の例、実施形態、図又は説明にまとめている場合がある。
【００５３】
本発明を好ましい例及び実施形態に関して説明してきた。明示的に記載したものの他に、均等、代替及び修正が可能であり、それらは本発明の範囲内にある。
【符号の説明】
【００５４】
１０  シングルショットインダクタ
１１  シングルショットインダクタ
１２  クロスオーバーインダクタ部
１２ａ  クロスオーバー半部
１２ａ’ クロスオーバー半部
１３ａ  電源供給端部
１３ｂ  供給脚部クロスオーバー部端部
１３ｃ  電源戻り端部
１３ｄ  戻り脚部クロスオーバー部端部
１４ａ  長手方向脚部インダクタ部
１４ａ’  供給脚部クロスオーバー端部
１４ａ”  供給脚部鍔端部
１４ｂ  長手方向脚部
１５ａ  長手方向脚部インダクタ部
１５ｂ  長手方向脚部インダクタ部
１６  鍔インダクタ部
１６ａ  連続鍔半部
１６ｂ  連続鍔半部
１６ａ’  高段部領域
１６ｂ’  高段部領域
１６ａ”  低段部領域
１６ｂ”  低段部領域
１７ａ  第１鍔部戻り脚部端部
１７ｂ  第１鍔部供給脚部端部
１７ｃ  第２鍔部供給脚部端部
１７ｄ  第２鍔部戻り脚部端部
２２  絶縁溝
３０  シングルショットインダクタ
３２  上部鍔インダクタ部
３２ａ  上部鍔第１部
３２ｂ  上部鍔第２部
３２ａ’  上部鍔第１部第１脚部端部
３２ａ”  上部鍔第１部第２脚部端部
３２ｂ’  上部鍔第２部第１脚部端部
３２ｂ”  上部鍔第２部第２脚部端部
３４ａ  電力供給長手方向脚部インダクタ部
３４ａ’  電力供給長手方向脚部上部鍔部端部
３４ａ”  電力供給長手方向脚部下部鍔部端部
３５ａ  電源供給端子
３５ｂ  電源戻り端子
３６  下部鍔インダクタ部
３６ａ  下部鍔第１部
３６ｂ  下部鍔第２部
９０  複合ワークピース
１００  シングルターンチャネルインダクタ
１０２  第１（上部）クロスオーバー部
１０２ａ  クロスオーバー半部
１０２ａ’  クロスオーバー半部
１０４ａ  長手方向脚部
１０４ｂ  長手方向脚部
１０６  第２（下部）クロスオーバー部
１０６ａ’  内部冷却路
【図１（ａ）】
0006282294.tif 000002
【図１（ｂ）】
0006282294.tif 000003
【図１（ｃ）】
0006282294.tif 000004
【図２（ａ）−（ｃ）】
0006282294.tif 000005
【図３】
0006282294.tif 000006
【図４（ａ）】
0006282294.tif 000007
【図４（ｂ）】
0006282294.tif 000008
【図５（ａ）】
0006282294.tif 000009
【図５（ｂ）】
0006282294.tif 000010
【図６】
0006282294.tif 000011
【図７】
0006282294.tif 000012
【図８】
0006282294.tif 000013
【図９（ａ）】
0006282294.tif 000014
【図９（ｂ）】
0006282294.tif 000015