(57)【要約】【課題】小径金属棒材１４を誘導加熱して良質な熱処理を能率良く行うようにする。【解決手段】棒材転動走行機構３３にて棒材１４を軸線直交方向に転動走行させながら、転動走行方向に十分長い誘導加熱用コイル３２にて棒材１４に軸線方向電流を誘導する。これにより棒材１４の走行を止めないでも全長同時誘導加熱を行うことができる。また、棒材転動走行機構３３を絶縁材製案内床板３４とプッシャーピン付コンベア３５で構成するとともに、長方形環状の誘導加熱用コイル３２に棒材１４を輪潜りさせて、転動走行を次々に進められるようにもする。さらに、棒材転動走行機構３３に登り勾配を付けて、棒材１４の暴走転動を抑制する。【選択図】        図１
2005126746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径金属棒材をその軸線と直交する方向に転動走行させる棒材転動走行機構と、この棒材転動走行機構で転動走行中の小径金属棒材に軸線方向電流を誘導する態様で配置され、小径金属棒材の転動走行方向には棒材周長よりも十分大きい寸法を取った誘導加熱用コイルと、を備えている、ことを特徴とする小径金属棒材加熱装置。
【請求項２】
前記棒材転動走行機構は、設定された棒材搬入搬出頻度で転動走行の操作を次々に進めるための絶縁材製案内床板およびプッシャーピン付コンベアを配したものであり、前記誘導加熱用コイルは、長方形環状であり且つ前記棒材転動走行機構で転動走行中の小径金属棒材が輪潜りできる配位で配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の小径金属棒材加熱装置。
【請求項３】
前記棒材転動走行機構には、小径金属棒材の暴走転動を抑制するための、棒材搬出側に向かって登りとなる又は下りとなる勾配が付けられている、ことを特徴とする請求項２記載の小径金属棒材加熱装置。
【請求項４】
前記誘導加熱用コイルは、大入熱加熱用の主コイルと小入熱加熱用の副コイルとが棒材走行方向に並んだ二段構成となっている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載された小径金属棒材加熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載された小径金属棒材加熱装置を備え、この小径金属棒材加熱装置の前記誘導加熱用コイルに後続させて、前記棒材転動走行機構を共有する形で棒材冷却ゾーンを設けた、ことを特徴とする小径金属棒材加熱冷却装置。
【請求項６】
前記棒材冷却ゾーンを有する前記棒材転動走行機構に後続させて、小径金属棒材の形状を真直に矯正しながら更に冷却するための、押さえローラ付きスキューローラセットの群を連ねて小径金属棒材をその軸線方向にスキュー回転走行させるようにした棒材矯正冷却機構を配設した、ことを特徴とする請求項５記載の小径金属棒材加熱冷却装置。
【請求項７】
前記棒材転動走行機構に後続して、この機構から搬出された小径金属棒材を受け取ってこれを前記棒材矯正冷却機構に引渡すための押さえローラなしスキューローラセットの群を連ねた棒材受渡し機構を配設した、ことを特徴とする請求項６記載の小径金属棒材加熱冷却装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載された小径金属棒材加熱装置または小径金属棒材加熱冷却装置に小径金属棒材を順次投入して熱処理を行うことを特徴とする小径金属棒材熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、小径金属棒材加熱装置や，小径金属棒材加熱冷却装置，小径金属棒材熱処理方法に関し、詳しくは、小径金属棒材を熱処理するに際し、小径金属棒材の加熱に誘導加熱を用いて、良質な処理を能率良く行えるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小径金属棒材に対して焼入れなどの熱処理を施した際に曲がりが生じやすいことが知られており、特に外径がミリメートルオーダで、長さがメートルオーダといった極端に細長いものでは顕著に曲がりが生じるという問題があった。そこで、このような小径かつ長尺の円筒状または円柱状の金属棒材を、曲がりを生じることなく連続的に熱処理する方法や装置が開発されている（例えば特許文献１，２参照）。これらに記載のものは、複数個の受けスキューローラとその上に乗せられる小径金属棒材を押さえるための押さえスキューローラを有するスキューローラセットを、小径金属棒材の走行経路上に複数基配置し、その複数基のスキューローラセットで小径金属棒材を回転させながら小径金属棒材の長手方向・軸線方向に走行させ、走行中の小径金属棒材に対して加熱や冷却を施して熱処理を行うものであり、小径金属棒材に曲がりを生じることなく、連続的に熱処理できるという利点を有している。
【０００３】
また、小径金属棒材の端部のオーバーヒートを防止するようになったものもある（例えば特許文献３参照）。これは、小径金属棒材に関して長手方向・軸線方向と走行方向とが一致する点、及び誘導加熱用コイルがマルチターンコイルで小径金属棒材より太く且つ短く捲回形成されていて小径金属棒材に周方向電流を誘導する点では、上述したものと同様であるが、オーバーヒート防止のため、更に、誘導加熱用コイルに通電する高周波の周波数や出力電流を調整するようにもなっている。
【０００４】
しかも、それに関連して、鋼材等からなる中実の円柱材を誘導加熱する際に中心部分で誘導電流同士が干渉して電力ロスが生じるのを回避するために必要な条件とされる最低許容周波数ｆが式［７７．５×ρ／（μ×ａ２）］で表されることも開示されている（特許文献３段落０００７参照）。なお、ρは小径金属棒材の固有抵抗値、μは透磁率、ａは小径金属棒材の半径である。半径ａを直径ｄにすれば式［３１０×ρ／（μ×ｄ２）］となる。
その他、一台の電源装置で複数の誘導加熱用コイルに高周波通電するものも知られている（例えば特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−７１８１９号公報
【特許文献２】特開２０００−２６９２０号公報
【特許文献３】特開２０００−１０４１２０号公報
【特許文献４】特開平１１−２０９８６５号公報  （図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
［特許文献５（未公開）］  特願２００２−２３２１７２号
さらに、加熱昇温速度や，加熱保持時間，温度降下速度をそれぞれ所望の値に容易に設定可能とするため、小径金属棒材の加熱すなわち加熱昇温および加熱保持は小径金属棒材を走行させずに行うようになったものもある（例えば特許文献５参照）。この場合、誘導加熱用コイルは軸方向の長さ又は長辺の長さが小径金属棒材よりも長くて小径金属棒材の全長に及ぶ誘導加熱を一度に行えるようになっている。さらに、それを組み込んだ加熱装置等は、小径金属棒材が軸線を中心とした回転・自転は別として重心移動を伴うような移動を行わないので全体外観としては恰も停止しているような状態であることを利用して具現化されており、軸線方向に走行して搬入された小径金属棒材が一時停止して加熱され再び軸線方向に走行して冷却されるようになっている。
【０００７】
しかしながら、この場合、小径金属棒材の全長に亘って同時に誘導加熱を開始し同時に終了するという加熱方式（以下、全長同時誘導加熱という）を採用したことにより、良質な熱処理を行えるようになったが、その一方では、その誘導加熱を行う際に小径金属棒材の走行を停止するようにしたため、能率を上げるのが難しい。
そこで、良質な熱処理を能率良く行えるよう、全長同時誘導加熱を行うという条件は引き継いだうえで、小径金属棒材の走行・移動を停止させないでも、全長同時誘導加熱を行えるように、走行態様や装置構造等を工夫改良することが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項１）は、このような課題を解決するために創案されたものであり、小径金属棒材をその軸線と直交する方向に転動走行させる棒材転動走行機構と、小径金属棒材の転動走行方向には棒材周長よりも十分大きい寸法を取った誘導加熱用コイルとを備え、この誘導加熱用コイルが前記棒材転動走行機構で転動走行中の小径金属棒材に軸線方向電流を誘導する態様で配置されている、というものである。
ここで、上記の「棒材周長よりも十分大きい寸法」とは、誘導加熱用コイルによって小径金属棒材に誘導される軸線方向電流が小径金属棒材の転動走行中に小径金属棒材の外周面を少なくとも一周するのに足りる寸法という意味であり、軸線方向電流が往復２本であれば、棒材周長の半分より大きい寸法となる。もっとも、均一加熱の観点からは棒材周長の二倍より大きい寸法が望ましい。
【０００９】
また、本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項２）は、上記の小径金属棒材加熱装置であって更に、前記棒材転動走行機構が、設定された棒材搬入搬出頻度で転動走行の操作を次々に進めるための絶縁材製案内床板およびプッシャーピン付コンベアを配したものであり、前記誘導加熱用コイルが、長方形環状であり且つ前記棒材転動走行機構で転動走行中の小径金属棒材が輪潜りできる配位で配置されている、というものである。
【００１０】
さらに、本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項３）は、上記の小径金属棒材加熱装置であって更に、棒材搬出側に向かって登りとなる又は下りとなる勾配が前記棒材転動走行機構に付けられていて、小径金属棒材の暴走転動を抑制するようになっている、というものである。
なお、勾配は、棒材転動走行機構の全域に亘って付いていても良いが、小径金属棒材が加熱されて磁性を失ってからは暴走のおそれが少ないので、多くの場合、棒材転動走行機構が誘導加熱用コイルと並んでいるところのうち少なくとも搬入側の部分に付けられていれば足りる。
【００１１】
また、本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項４）は、上記の小径金属棒材加熱装置であって更に、前記誘導加熱用コイルが、大入熱加熱用の主コイルと小入熱加熱用の副コイルとの二段構成となっており、これらの主コイルと副コイルが、その順で棒材走行方向に並んでいる、というものである。
なお、二段構成を含むものであれば、三段以上の多段構成であっても良い。
【００１２】
また、本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項５）は、上記の小径金属棒材加熱装置（請求項１〜４）のうち何れかを備えたものであって更に、この小径金属棒材加熱装置の前記誘導加熱用コイルに後続させて棒材冷却ゾーンを設けたものであって、この棒材冷却ゾーンと前記誘導加熱用コイルとが前記棒材転動走行機構を共有する形で配されている、というものである。言い換えれば、棒材転動走行機構が、誘導加熱用コイルから出た小径金属棒材を転動走行させながら冷却するのに足りるほど誘導加熱用コイルから後方へ延びている、ということである。自然空冷では棒材冷却ゾーンには棒材転動走行機構の後半部分が存在すれば足りるが、強制冷却では、棒材転動走行機構の後半部分に臨んで冷却装置が付設される。
【００１３】
また、本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項６）は、上記の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項５）であって更に、前記棒材冷却ゾーンを有する前記棒材転動走行機構に後続させて棒材矯正冷却機構を配設したものであり、この棒材矯正冷却機構が、押さえローラ付きスキューローラセットの群を連ねて小径金属棒材をその軸線方向にスキュー回転走行させるものであって、小径金属棒材の形状を真直に矯正しながら更に冷却するようになっている、というものである。
【００１４】
また、本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項７）は、上記の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項６）であって更に、前記棒材転動走行機構に後続して棒材受渡し機構を配設したものであり、この棒材受渡し機構が、押さえローラなしスキューローラセットの群を連ねたものであって、前記棒材転動走行機構機構から搬出された小径金属棒材を受け取ってこれを前記棒材矯正冷却機構に引渡すようになっている、というものである。
【００１５】
また、本発明の小径金属棒材の熱処理方法（請求項８）は、上記の小径金属棒材加熱装置（請求項１〜４）および小径金属棒材加熱冷却装置（請求項５〜７）のうち何れか一の装置を使用して行う熱処理方法であり、その小径金属棒材加熱装置または小径金属棒材加熱冷却装置に小径金属棒材を順次投入して熱処理を行う、というものである。
【発明の効果】
【００１６】
このような本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項１）にあっては、棒材転動走行機構によって小径金属棒材が軸線との直交方向へ転動走行させられ、その転動走行中に誘導加熱用コイルによって小径金属棒材に軸線方向電流が誘導される。その誘導電流により小径金属棒材は全長同時誘導加熱され、その際、誘導電流の流路が小径金属棒材の転動走行に伴って小径金属棒材の周方向に移動する。そして、小径金属棒材の転動走行方向における誘導加熱用コイルの寸法が棒材周長よりも十分に大きいので、小径金属棒材は外周面が全周に亘って全長同時誘導加熱が施される。
【００１７】
このように小径金属棒材を軸線直交方向へ転動走行させながら十分な距離の区間で全長同時誘導加熱が行われるようにしたことにより、小径金属棒材の走行を停止させないでも全長同時誘導加熱が行えることとなり、その結果、公知の従来技術とも未公開の先願発明とも異なる構成のものであってそれら各技術の夫々の長所を兼備したものが出来上がる。
したがって、この発明によれば、小径金属棒材に良質な熱処理を能率良く行える小径金属棒材加熱装置を実現することができる。しかも、全長同時誘導加熱なので、後で詳述するように、マルチターンコイルでの軸方向移動加熱よりも最低許容周波数ｆが低くなるため、高周波電源の選定が容易になるという更なる利点もある。
【００１８】
また、本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項２）にあっては、棒材転動走行機構を絶縁材製案内床板とプッシャーピン付コンベアとの組み合わせで具体化し、さらに誘導加熱用コイルの形状と配置とを具体的に規定したことにより、小径金属棒材に良質な熱処理を能率良く行える小径金属棒材加熱装置を容易に実現することができる。
【００１９】
さらに、本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項３）にあっては、棒材転動走行機構に登り勾配を付けたことにより、小径金属棒材を後から押して前へ進めるプッシャーピンに小径金属棒材を押しつける逆向き付勢力が生じる。
この付勢力は、プッシャーピンの推進力より小さいが、誘導加熱のための電磁作用によって誘導加熱用コイルから小径金属棒材に働く引力よりは大きい。登り勾配はそのような条件を満たすような傾き具合になっている。
【００２０】
あるいは、棒材転動走行機構に下り勾配を付けたことにより、小径金属棒材をプッシャーピンに後ろから押しつける前向き付勢力が小径金属棒材に生じる。この付勢力は、誘導加熱のための電磁作用によって誘導加熱用コイルから小径金属棒材に働く引力と同じ方向であり、プッシャーピンのブレーキ力より小さい。下り勾配はそのような条件を満たすような傾き具合になっている。
これにより、小径金属棒材がプッシャーピンから離れて暴走転動するといったことがなくなり、小径金属棒材がプッシャーピンと一緒に一定速度で転動走行するので、小径金属棒材の外周面における加熱が均一に行われる。
【００２１】
また、本発明の小径金属棒材加熱装置（請求項４）にあっては、小径金属棒材が転動走行中に先ず主コイルで大入熱加熱され次に副コイルで小入熱加熱されるので、例えば昇温加熱とその後の保温加熱とを各々適切に行うことができる。しかも、それがコイルの並設にて簡便に具現されている。
また、本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項５）にあっては、小径金属棒材を加熱した直後の一次冷却が、棒材冷却ゾーンまで延長させた棒材転動走行機構を利用して簡便に行われる。しかも、棒材転動走行機構の絶縁材製案内床板を転動走行しながら冷却されるので、熱間変形歪みが生じにくいという更なる利点もある。
【００２２】
また、本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項６）にあっては、棒材冷却ゾーンで一次冷却された小径金属棒材が、特定構造の棒材矯正冷却機構によって、形状を真直に矯正しながら更に二次冷却される。しかも、それに伴って速やかに搬出される。
これにより、誘導加熱ばかりか冷却までも含めた一連の熱処理を小径金属棒材に対して良質に且つ能率良く行える小径金属棒材加熱冷却装置を実現することができる。
また、本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（請求項７）にあっては、形状矯正を伴わない棒材受渡し機構を棒材転動走行機構と棒材矯正冷却機構との間に介在させたことにより、小径金属棒材の走行を止めることなく、小径金属棒材の一次冷却の時間を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（小径金属棒材加熱装置）の一実施形態について、その構成を、図面を引用して説明する。図１は、小径金属棒材加熱冷却装置の全体構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。また、図２は、要部の詳細構造を示し、（ａ）が棒材転動走行機構の一部の斜視図、（ｂ）が誘導加熱用コイルの斜視図、（ｃ）が棒材転動走行機構と誘導加熱用コイルとの遊嵌部について正面からの縦断面図、（ｄ）が誘導加熱用コイルについて左側面からの縦断面図である。
【００２４】
この小径金属棒材加熱冷却装置１０は（図１参照）、小径金属棒材１４をその軸線と直交する方向（図では左から右へ向いている横送り方向）に搬送しながら熱処理を施すために、ほぼ一直線の搬送ライン上に並んだ搬入部２０と加熱部３０と急冷部４０と搬出部５０と搬送ライン脇に添設された高周波電源６０及び図示しない電子制御装置とを備えている。そのうち熱処理に用いられるのは、加熱部３０と急冷部４０であり、そこは順に加熱ゾーン１１と一次冷却ゾーン１２と二次冷却ゾーン１３とに区分けされる。
【００２５】
搬入部２０は（図１参照）、この例では、小径金属棒材１４を軸線直交方向に横送りできるだけの幅を持った適宜長さのベルトコンベア２１を主体とするものであり、ベルトコンベア２１は、適宜な高さで水平に設置されていて、電子制御装置に予め設定された棒材搬入搬出頻度で小径金属棒材１４を次々に搬送するようになっている。また、これで搬入された小径金属棒材１４が、適度な段差による自然落下等を利用して、あるいは図示しない適宜な移載装置の介助によって、上記棒材搬入搬出頻度で次々に搬入部２０から加熱部３０へ引き渡されるようにもなっている。
【００２６】
加熱部３０は（図１参照）、基台３１にて適宜な高さに支持された誘導加熱用コイル３２と棒材転動走行機構３３を主体とするものであり、誘導加熱用コイル３２のところが加熱ゾーン１１となり、その後方部分（図では右側）が一次冷却ゾーン１２となっている。
棒材転動走行機構３３は絶縁材製案内床板３４とプッシャーピン付コンベア３５とからなり誘導加熱用コイル３２に遊挿・遊嵌されているが、これらは、棒材搬出側（即ち、小径金属棒材１４の軸線直交方向，横送り方向，転動走行方向，図では右方向）に向かって登りとなる勾配を付けるよう、少し傾けて設置されている。
【００２７】
このような誘導加熱用コイル３２及び棒材転動走行機構３３の傾斜は（図１（ｂ）参照）、鋼材からなる小径金属棒材１４が誘導加熱用コイル３２の発する電磁力で暴走転動するのを抑制するためなので、０．１゜〜１０゜の何れかにされる。０．１゜未満では小径金属棒材１４の暴走転動が懸念される一方、１０゜超では絶縁材製案内床板３４との摩擦力が不足して小径金属棒材１４が転動しないおそれがあるからである。確実な動作のためには１゜〜３゜が好適といえる。図示は割愛したが、下り勾配につても、同様である。
【００２８】
棒材転動走行機構３３は（図２（ａ）参照）、上記棒材搬入搬出頻度で次々に小径金属棒材１４を横にして走行させるために、プッシャーピン３６が一定間隔で付設されたプッシャーピン付コンベア３５を複数本（図では４本）具えており、それらのプッシャーピン付コンベア３５がそれぞれのプッシャーピン３６を横一列に揃えて並行動作するようになっている。さらに、その走行動作に際して小径金属棒材１４を転動させるために、小径金属棒材１４の乗る絶縁材製案内床板３４も棒材転動走行機構３３に具わっている。これらの並設部材の幅を合わせれば、小径金属棒材１４を軸線直交方向に横送りできる全幅になる。そして、加熱部３０に搬入された小径金属棒材１４が、静止している絶縁材製案内床板３４の上面に乗せられると、電子制御装置の制御に従って定速で移動するプッシャーピン３６に押されて、軸線と直交する方向に転動走行させられるようになっている。
【００２９】
誘導加熱用コイル３２は（図２（ｂ）参照）、横向きに走行している長尺の小径金属棒材１４に対して全長同時誘導加熱を行うために、ワンターンの長方形環状に形成される。その長辺は、小径金属棒材１４よりも長く、水平で前後に延びる。短辺は、小径金属棒材１４の直径や絶縁材製案内床板３４の厚さ等より長く、ほぼ鉛直になる。そのように誘導加熱用コイル３２が設置され、その中に棒材転動走行機構３３が遊嵌させられている。具体的には、絶縁材製案内床板３４及びそれと並走する部分のプッシャーピン付コンベア３５が誘導加熱用コイル３２の中空部に遊挿されていて、棒材転動走行機構３３で転動走行中の小径金属棒材１４が誘導加熱用コイル３２の中空部を輪潜りできるようになっている（図２（ｃ）参照）。
【００３０】
誘導加熱用コイル３２は（図２（ｂ）参照）、電気良導体の銅等からなるが、組立や分解をし易いよう、上半分３２ａと下半分３２ｅとに分割して作られ、高周波電源６０に接続される一対の通電端３２ｂ，３２ｄは絶縁板３２ｃを介在させて連結固定されるが、他方の端部３２ｆ，３２ｇは電気導通のため直に連結固定される。誘導加熱用コイル３２の幅Ｌすなわち小径金属棒材１４の転動走行方向に測った誘導加熱用コイル３２の寸法Ｌは、小径金属棒材１４の周長（直径をｄとしたときπ×ｄ）よりも十分大きく（ｎを正の数としてＬ＝ｎ×π×ｄ）、小径金属棒材１４が誘導加熱用コイル３２を輪潜りする間に数回転（ｎ回転）するようになっている。そして（図２（ｄ）参照）、誘導加熱用コイル３２に高周波通電がなされると（一点鎖線を参照）、それと逆向きに小径金属棒材１４内を一巡する軸線方向電流が誘導される（二点鎖線を参照）。そのような配位で誘導加熱用コイル３２と棒材転動走行機構３３が配置されている。
【００３１】
棒材転動走行機構３３は（図１参照）、誘導加熱用コイル３２の後方（図では右側）に大きく延びており（図では誘導加熱用コイル３２の幅Ｌより長い）、これによって加熱時間より長時間に及ぶ一次冷却ゾーン１２（棒材冷却ゾーン）が、棒材転動走行機構３３を誘導加熱用コイル３２と共有する形で、具現され、確保されている。この一次冷却ゾーン１２は、小径金属棒材１４を自然放熱で徐冷するので、送風機等が付設されていない。
急冷部４０は（図１参照）、更にその後方（図では右側）に設置されており、基台４１によって棒材転動走行機構３３から小径金属棒材１４を受け取れる高さに支持され小径金属棒材１４を軸線直交方向に横送りできるだけの幅を持った適宜長さのベルトコンベア４３と、その上に設置された水冷ユニット４２とを具えている。水冷ユニット４２は、放水部が小径金属棒材１４よりも長くて、小径金属棒材１４全体を一気に水で冷やせるようになっている。
【００３２】
搬出部５０は（図１参照）、この例では、搬入部２０同様、小径金属棒材１４を軸線直交方向に横送りできるだけの幅を持った適宜長さのベルトコンベア５１を主体とするものであり、ベルトコンベア５１は、やはり、適宜な高さで水平に設置されていて、電子制御装置に予め設定された棒材搬入搬出頻度で小径金属棒材１４を次々に搬送するようになっている。また、これで搬出する小径金属棒材１４が、適度な段差による自然落下等を利用して、あるいは図示しない適宜な移載装置の介助によって、上記棒材搬入搬出頻度で次々に急冷部４０から搬出部５０へ引渡されるようにもなっている。
【００３３】
この実施形態の小径金属棒材加熱冷却装置１０を用いた熱処理方法およびそのときの装置の動作を説明する。熱処理対象の小径金属棒材１４は、所定温度まで昇温すれば焼入れや焼戻しが行える炭素鋼からなるものとし、その典型的なサイズは、直径が数ｍｍ〜数十ｍｍで、長さが数百ｍｍ〜数千ｍｍである。
【００３４】
小径金属棒材加熱冷却装置１０を作動させて、その電子制御装置に、上記棒材搬入搬出頻度に対応したタクトタイムや，高周波電源６０の出力周波数，加熱ゾーン１１での加熱時間，一次冷却ゾーン１２での徐冷時間などを設定する。
そうすると、その熱処理毎の設定値と、誘導加熱用コイル３２の転動走行方向幅Ｌなど既定の装置パラメータとに基づいて、電子制御装置が各コンベア２１，３５，４３，５１の適切な送り速度を算出して速度制御を行う。
【００３５】
その送り速度の算出に際しては、タクトタイムを優先するか加熱時間を優先するかが選択可能であり、タクトタイム優先の場合はプッシャーピン３６のピッチからプッシャーピン付コンベア３５の速度が決定され、加熱時間優先の場合はコイル幅Ｌとプッシャーピン３６のピッチとからプッシャーピン付コンベア３５の速度が決定される。それに適合させて他のコンベア２１，４３，５１の速度も決定されるが、これらにはピッチの制約が無いので、小径金属棒材１４が重ならない速度以上で、且つ小径金属棒材１４が暴走しない速度以下で、適宜な一定速度にされる。
【００３６】
ベルトコンベア２１については対応ピッチも算出され、それが最小ピッチとして作業者に提示される又は搬入部２０より上手の図示しない棒材投入機に送信されるので、そのピッチかそれより広いピッチで次々に小径金属棒材１４を搬入部２０へ投入する。
投入された小径金属棒材１４は、その移動を概括すると、搬入部２０から加熱部３０へ搬入されて加熱および徐冷され、加熱部３０から急冷部４０へ搬送されて徐冷および急冷され、さらに急冷部４０から搬出部５０に引渡されて搬出され、加熱ゾーンを含めて何れの段階でも継続して止まるということが無い。
【００３７】
加熱部３０での特徴的な熱処理について更に詳述すると、棒材転動走行機構３３に移載された小径金属棒材１４は、絶縁材製案内床板３４上を転動しながらプッシャーピン付コンベア３５によって誘導加熱用コイル３２の中空部へ運ばれる。そのとき、小径金属棒材１４は、全長に亘る全体がほぼ同時に誘導加熱用コイル３２へ進入する（図２（ｂ）参照）。誘導加熱用コイル３２の中空部でも、小径金属棒材１４は転動しながら走行しつづけ（図２（ｃ）参照）、加熱時間経過後に誘導加熱用コイル３２から出る。
【００３８】
誘導加熱用コイル３２の中空部に進入した小径金属棒材１４は、誘導加熱用コイル３２のほぼ中央に位置し（図２（ｄ）参照）、誘導加熱用コイル３２の高周波通電（一点鎖線参照）に対応した誘導電流が流れる（二点鎖線参照）。
この誘導電流は、転動する小径金属棒材１４においてその瞬間に最上および最下の位置に来ている部分と両端とを一巡する経路を中心に分布して流れ、その部位を加熱する。そして、その部位が、小径金属棒材１４の転動に伴って、小径金属棒材１４の外周面を幾度か巡るので、小径金属棒材１４の外周面の温度が均一になる。加熱状態を平均化する観点からは小径金属棒材１４が転がるほど良いので２回転以上するのが望ましいが（上述のｎが２以上）、転動が多いほど熱間変形も招来しやすいので、２０回転以下に抑えたい（上述のｎが２０以下）。この例では５回転させている（上述のｎが５）。
【００３９】
また、このような軸方向誘導加熱では、小径金属棒材１４を誘導加熱する際に中心部分で誘導電流同士が干渉して電力ロスが生じるのを回避するために必要な条件とされる最低許容周波数ｆの式が、板材の式と等価になって、式［１５８×ρ／（μ×ｄ２）］で表されることとなる。ここでも、ρは小径金属棒材の固有抵抗値、μは透磁率、ｄは小径金属棒材の直径である。そのため、既述したマルチターンコイルでの周方向誘導加熱と比較して、最低許容周波数ｆが半減するので、高周波電源６０の選択の幅が広がる。
【００４０】
さらに、誘導加熱用コイル３２に進入しようとする小径金属棒材１４には、誘導加熱用コイル３２との電磁誘導作用によって、誘導加熱用コイル３２の方向へ前進させようとする付勢力が働くが、この力は、棒材転動走行機構３３が上り勾配となっていることによる重力の後ろ向き分力によって、相殺される（図１（ｂ）参照、なお図では傾斜を強調して示しているが、この例では２゜である）。そのため、小径金属棒材１４は電磁誘導作用があっても無くてもプッシャーピン付コンベア３５にて後ろから押されて絶縁材製案内床板３４上を一定速度で転動走行する。
【００４１】
誘導加熱用コイル３２の加熱ゾーン１１で加熱された小径金属棒材１４は、一次冷却ゾーン１２に運ばれて自然放熱によって徐冷される。例えば、焼入れでは、１２００℃程度まで昇温させた後、９００゜程度まで徐冷する。それから、小径金属棒材１４は、二次冷却ゾーン１３に運ばれて、水冷ユニット４２によって急冷され、３００℃以下に降温させられる。
こうして、小径金属棒材加熱冷却装置１０を使用した熱処理にあっては、所望の棒材搬入搬出頻度で次々と小径金属棒材１４に適切な熱処理が施される。
【００４２】
本発明の小径金属棒材加熱冷却装置（小径金属棒材加熱装置）の他の実施形態について、その構成を、図面を引用して説明する。図３は、（ａ）及び（ｂ）が小径金属棒材加熱冷却装置の全体平面図、（ｃ）が押さえローラなしスキューローラセットの斜視図、（ｄ）が押さえローラ付きスキューローラセットの斜視図である。なお、図３（ａ），（ｂ）は、縦長の平面図を分割したものであり、一点鎖線のところが重複している。
【００４３】
この小径金属棒材加熱冷却装置７０が上述した小径金属棒材加熱冷却装置１０と相違するのは（図３（ａ），（ｂ）参照）、小径金属棒材１４が高速度鋼（いわゆるハイス）のように昇温後の温度保持が欠かせないものであっても適切な熱処理を施すことができるよう加熱部３０において誘導加熱用コイル３２が二段構成の主コイル７１及び副コイル７２になった点と、加熱部３０以外のところは小径金属棒材１４の搬送が横方向（転動走行方向，軸線直交方向）から縦方向（長手方向，軸線方向）になった点である。
【００４４】
主コイル７１と副コイル７２は（図３（ａ）参照）、それぞれ誘導加熱用コイル３２と同様のものであるがこれらは棒材走行方向（横方向）に並んでおり、主コイル７１が昇温に必要な大入熱加熱を行うために小径金属棒材１４走行の上手側（図では左側）に設置され、副コイル７２が温度保持に必要な小入熱加熱を行うために小径金属棒材１４走行の下手側（図では右側）に設置されている。それぞれの棒材走行方向（図では左右）の幅の比は、昇温時間と温度保持時間との比に対応している。なお、各コイル７１，７２への高周波通電は個別の高周波電源で独立に行っても良いが、既述したように（例えば特許文献４参照）、一台の電源装置で両コイル７１，７２に高周波通電するようにしても良い。
【００４５】
加熱部３０以外のところは（図３（ａ），（ｂ）参照）、加熱部３０の上手（図では左下側）に位置する搬入部２０相当部と、加熱部３０の下手（図では右上側）に位置する急冷部４０及び搬出部５０の相当部分すなわち棒材矯正冷却機構と、加熱部３０と棒材矯正冷却機構との間に介挿設置された棒材受渡し機構とであるが、何れも、既述したスキューローラセットの群を連ねて構成され（例えば特許文献１，２参照）、小径金属棒材１４を縦方向（長手方向，軸線方向）へ搬送するようになっている。
【００４６】
搬入部２０は上述したように所望の棒材搬入搬出頻度で小径金属棒材１４を加熱部３０へ搬入するためのものであり、棒材受渡し機構は、加熱部３０の棒材転動走行機構３３に後続していて、棒材転動走行機構３３から搬出された小径金属棒材１４を受け取り、受け取った小径金属棒材１４を次段の棒材矯正冷却機構に引渡すためのものである。この棒材受渡し機構は、棒材転動走行機構３３のうち副コイル７２から出た部分と共に小径金属棒材１４を徐冷するための一次冷却ゾーン（棒材冷却ゾーン）となっている。この機構も、搬入部２０も、押さえローラなしスキューローラセット７３を適宜間隔で直線状に列設したものである（図３（ａ）参照）。なお、押さえローラなしスキューローラセット７３は、公知なので簡単に説明すると（図３（ｃ）参照）、基台７３ａ上に複数の受けスキューローラ７３ｂを斜めにして並べたものであり、小径金属棒材１４を軸線周りに即ち周方向に軽く回転させながら軸線方向に送るようになっている。
【００４７】
棒材矯正冷却機構は（図３（ｂ）参照）、棒材受渡し機構に後続していて、棒材受渡し機構から引渡された小径金属棒材１４を受け取り、受け取った小径金属棒材１４を搬出するとともに、その搬出中に小径金属棒材１４の形状を真直に矯正しながら更に急冷も行うものである。そのため、押さえローラ付きスキューローラセット７４を適宜間隔で直線状に列設して搬送系を構成するとともに、その途中に水冷ユニット７５を組み込んでいる。なお、押さえローラ付きスキューローラセット７４は、これも公知なのでやはり簡単に説明すると（図３（ｄ）参照）、押さえローラなしスキューローラセット７３の上方に押さえスキューローラ７４ａを追加したものであり、小径金属棒材１４に周方向回転を強制しながら小径金属棒材１４をその軸線方向に送るというスキュー回転走行をさせることで、小径金属棒材１４の曲がりを取り去るのである。なお、水冷ユニット７５は小径金属棒材１４を移動させながら冷却するようになったことに対応して小形になっている。
【００４８】
この実施形態の小径金属棒材加熱冷却装置７０を用いた熱処理方法およびそのときの装置７０の動作を説明する。熱処理対象の小径金属棒材１４は、高速度鋼であり、上述したように昇温後の温度保持が欠かせないものである。
【００４９】
小径金属棒材１４は、棒材搬入搬出頻度で次々と搬入部２０の押さえローラなしスキューローラセット７３によって縦送りされて加熱部３０に搬入され、瞬時に搬送方向を変えて棒材転動走行機構３３によって横送りされ、その転動走行中に主コイル７１を輪潜りし更に続けて副コイル７２をも輪潜りする。主コイル７１の輪潜り中には大入熱加熱されて例えば焼入れであれば１２００℃程度に昇温し、続く副コイル７２の輪潜り中には小入熱加熱されて温度保持する。例えば昇温後の１２００℃を保持する。そのように主コイル７１，７２の供給電力や棒材転動走行機構３３の搬送速度が設定・制御される。
【００５０】
それから、副コイル７２を出た小径金属棒材１４は、棒材転動走行機構３３で更に横送りされ、その後は瞬時に搬送方向を変えて、押さえローラなしスキューローラセット７３からなる棒材受渡し機構にて縦送りされる。その間、小径金属棒材１４は、徐冷されて、押さえローラ付きスキューローラセット７４での矯正に適した温度たとえば１０００℃程度になる。そして、押さえローラ付きスキューローラセット７４からなる棒材矯正冷却機構に送り込まれて真っ直ぐになり、さらに例えば９００℃程度に降温したとき、水冷ユニット７５によって急冷されて例えば３００℃以下になる。
【００５１】
こうして、小径金属棒材加熱冷却装置７０を使用した熱処理にあっては、所望の棒材搬入搬出頻度で次々と小径金属棒材１４に適切な熱処理が施されるとともに、その熱処理に際して昇温ばかりか温度保持もなされるので、小径金属棒材１４が高速度鋼のようなものであっても適切な熱処理を施すことができる。さらに、搬出中には曲がりを矯正しながら急冷が行われるので、小径金属棒材１４が真っ直ぐになる。
【００５２】
［その他］
なお、図１の実施形態では、一次冷却ゾーン１２と二次冷却ゾーン１３とを区分して設けたが、小径金属棒材１４が炭素鋼でありその焼入を行う場合には、冷却ゾーン１２，１３を区分けしないで、例えば棒材転動走行機構３３の後端部分にミスト冷却ユニットを添設して、棒材転動走行機構３３を利用した冷却ゾーンだけで９００℃前後からの急冷を済ませるようにしても良い。
また、徐冷を強制空冷で行う場合、図１の実施形態における一次冷却ゾーン１２や，図３における棒材受渡し機構に送風機や排気ダクト等を付設すると良い。
【００５３】
さらに、図３の実施形態では、誘導加熱用コイルが主コイル７１と副コイル７２との二段に分割されていたが、誘導加熱用コイルは三段以上の多段に分割されていても良く、その場合、選択的な通電と電力の加減とに基づいて多様なスケジュール加熱に対応した温度設定を行うことができる。
また、図３の実施形態に関しても、図１の実施形態で言及したように、押さえローラなしスキューローラセット７３で構成される搬入部２０や棒材受渡し機構と加熱部３０との間などに適宜な移載装置を介在させても良い。
【００５４】
搬入や搬出に際して図１の実施形態では横送りが行われ図３の実施形態では縦送りが行われたが、横送りを行うか縦送りを行うかは搬入・搬出で個々に且つ任意に選択できるものである。
さらには、引渡し先を切り替えられる移載装置等を介在させて、搬送方向を自在に選択できるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態について、小径金属棒材加熱冷却装置の全体構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。
【図２】要部構造を示し、（ａ）が棒材転動走行機構の一部の斜視図、（ｂ）が誘導加熱用コイルの斜視図、（ｃ）が棒材転動走行機構と誘導加熱用コイルとの遊嵌部について正面からの縦断面図、（ｄ）が誘導加熱用コイルについて左側面からの縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態について、（ａ）及び（ｂ）が小径金属棒材加熱冷却装置の全体平面図、（ｃ）が押さえローラなしスキューローラセットの斜視図、（ｄ）が押さえローラ付きスキューローラセットの斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…小径金属棒材加熱冷却装置（小径金属棒材加熱装置）、
１１…加熱ゾーン、１２…一次冷却ゾーン、１３…二次冷却ゾーン、
１４…小径金属棒材、
２０…搬入部、２１…ベルトコンベア、
３０…加熱部、３１…基台、３２…誘導加熱用コイル、
３３…棒材転動走行機構、３４…絶縁材製案内床板、
３５…プッシャーピン付コンベア、３６…プッシャーピン、
４０…急冷部、４１…基台、４２…水冷ユニット、４３…ベルトコンベア、
５０…搬出部、５１…ベルトコンベア、６０…高周波電源、
７０…小径金属棒材加熱冷却装置（小径金属棒材加熱装置）、
７１…主コイル、７２…副コイル、
７３…押さえローラなしスキューローラセット（棒材受渡し機構）、
７４…押さえローラ付きスキューローラセット（棒材矯正冷却機構）、
７５…水冷ユニット（棒材矯正冷却機構）
【図１】
2005126746.tif 000003
【図２】
2005126746.tif 000004
【図３】
2005126746.tif 000005