(57)【要約】複雑な形状の加工品の１つまたは複数の部材を静的に誘導加熱するためのインダクターは１組のインダクターセグメントを備える。第１インダクターセグメントは高周波ＡＣ電源に接続され、第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントを流れるＡＣ電流の流れによって生成される磁場に磁気的に結合する。第１及び第２のインダクターセグメントの対向する部分開口は、そこで部材を誘導的に加熱することができる開口を形成する。第１及び第２のインダクターセグメントは誘導的に加熱処理される部材の軸方向に沿った不均一の誘導断面電流を減少させるために、単一の巻き、平行に接続された複数の単一の巻き、または組み合わされた複数巻きのコイルの組み合わせで構成される。
2006518092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属加工品の少なくとも１つの実質的に円筒形の部材を加熱するためのインダクターであって：前記実質的に円筒形の部材は不規則な形状の部材の少なくとも１つ側面に取り付けられており；前記不規則な形状の部材と前記実質的に円筒形の部材との間にはフィレットが形成されており；前記インダクターは第１インダクターセグメント及び第２インダクターセグメントから形成されており；第１及び第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントに供給されるＡＣ高周波電流を第２インダクターセグメントに磁気的に結合するための手段を有しており；前記実質的に円筒形の部材への磁場の適用による加熱のために前記実質的に円筒形の部材を配置するための、実質的に閉じた開口が第１インダクターセグメントに部分的に形成され、かつ第２インダクターセグメントに部分的に形成され；前記磁場がＡＣ高周波電源による励起への応答で第１及び第２インダクターセグメントによって生成され；第１インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成されており；第１インダクターセグメントがさらに：
第１対向面；及び、
第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントを形成する第１貫通開口であって、前記第１及び第２コイルセグメントが第１貫通開口の両側に配置された第１貫通開口を備えており；
第２インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成されており、第２インダクターセグメントがさらに：
前記第１対向面に実質的に隣接して配置され、前記第１対向面から電気絶縁された第２対向面；及び、
第３コイルセグメント及び第４コイルセグメントを形成する第２貫通開口であって、前記第３及び第４コイルセグメントが第２貫通開口の両側に配置された第２貫通開口を備えており；
前記インダクターはさらに：
第１インダクターセグメントに少なくとも２つの平行なコイルを形成するために第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントに配置された少なくとも１つの断面電流制限スリットであって、第１及び第２コイルセグメントの各々を第１及び第２のコイルサブセグメントの組に分割する断面電流制限スリット；
第１または第２のコイルセグメントを備える、第１及び第２のコイルサブセグメントの組のどちらかの第１部分開口であって：前記第１部分開口が第１部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第１の組に分割しており；前記コイルリップの第１の組が隣接する第１対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されている第１部分開口；及び、
第３または第４のコイルセグメントの第２部分開口であって：前記第２部分開口がオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第２の組に分割しており；前記コイルリップの第２の組が隣接する第２対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されており；第１及び第２の部分開口が実質的に閉じた開口を形成する第２部分開口を備えるインダクター。
【請求項２】
金属加工品の少なくとも１つの実質的に円筒形の部材を加熱するためのインダクターであって：前記実質的に円筒形の部材は不規則な形状の部材の少なくとも１つ側面に取り付けられており；前記不規則な形状の部材と前記実質的に円筒形の部材との間にはフィレットが形成されており；前記インダクターは第１インダクターセグメント及び第２インダクターセグメントから形成されており；第１及び第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントに供給されるＡＣ高周波電流を第２インダクターセグメントに磁気的に結合するための手段を有しており；前記実質的に円筒形の部材への磁場の適用による加熱のために前記実質的に円筒形の部材を配置するための、実質的に閉じた開口が第１インダクターセグメントに部分的に形成され、かつ第２インダクターセグメントに部分的に形成され；前記磁場がＡＣ高周波電源による励起への応答で第１及び第２インダクターセグメントによって生成され；第１インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成されており；第１インダクターセグメントがさらに：
第１対向面；及び、
第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントを形成する第１貫通開口であって、前記第１及び第２コイルセグメントが第１貫通開口の両側に配置された第１貫通開口を備えており；
第２インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成され、第２インダクターセグメントがさらに：
前記第１対向面に実質的に隣接して配置され、前記第１対向面から電気絶縁された第２対向面；及び、
第３コイルセグメント及び第４コイルセグメントを形成する第２貫通開口であって、前記第３及び第４コイルセグメントが第２貫通開口の両側に配置された第２貫通開口を備えており；
前記インダクターはさらに：
第１インダクターセグメントに少なくとも２つの平行なコイルを形成するために第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントに配置された少なくとも１つの能動断面電流制限スリットであって、第１及び第２コイルセグメントの各々を第１及び第２のコイルサブセグメントの組に分割する能動断面電流制限スリット；
第１または第２のコイルセグメントを備える、第１及び第２のコイルサブセグメントの組のどちらかの第１部分開口であって：前記第１部分開口が第１部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第１の組に分割しており；前記コイルリップの第１の組が隣接する第１対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されている第１部分開口；
第２インダクターセグメントに少なくとも２つの直列なコイルを形成するために第３コイルセグメント及び第４コイルセグメントに配置された少なくとも１つの受動断面電流制限スリットであって、前記少なくとも１つの受動断面電流制限スリットが第３及び第４コイルセグメントの各々を第３及び第４のコイルサブセグメントの組に分割する受動断面電流制限スリット；及び、
第３または第４のコイルセグメントを備える、第３及び第４のコイルサブセグメントの組のどちらかの第２部分開口であって：前記第２部分開口が第２部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第１の組に分割しており；前記コイルリップの第１の組が隣接する第２対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されており；第１及び第２の部分開口が実質的に閉じた開口を形成する第２部分開口を備えるインダクター。
【請求項３】
前記少なくとも１つの能動断面電流制限スリットの数が前記少なくとも１つの受動断面電流制限スリットの数に等しく、前記少なくとも１つの能動断面電流制限スリットの各々が前記少なくとも１つの受動断面電流制限スリットの各々に対して反対側になるように整列されている、請求項２に記載のインダクター。
【請求項４】
前記少なくとも１つの能動及び受動断面電流制限スリットの全ての幅が等しい、請求項３に記載のインダクター。
【請求項５】
単一の能動断面電流制限スリット及び単一の受動断面電流制限スリットを備え、前記能動及び受動断面電流制限スリットが、前記フィレットのみが実質的に誘導的に加熱されるように十分広い、請求項４に記載のインダクター。
【請求項６】
磁場を前記フィレットに向けるために磁束集中器が前記断面電流制限スリットによって形成される空間に配置される、請求項５に記載のインダクター。
【請求項７】
金属加工品の少なくとも１つの実質的に円筒形の部材を加熱するためのインダクターであって：前記実質的に円筒形の部材は不規則な形状の部材の少なくとも１つ側面に取り付けられており；前記不規則な形状の部材と前記実質的に円筒形の部材との間にはフィレットが形成されており；前記インダクターは第１インダクターセグメント及び第２インダクターセグメントから形成されており；第１及び第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントに供給されるＡＣ高周波電流を第２インダクターセグメントに磁気的に結合するための手段を有しており；前記実質的に円筒形の部材への磁場の適用による加熱のために前記実質的に円筒形の部材を配置するための、実質的に閉じた開口が第１インダクターセグメントに部分的に形成され、かつ第２インダクターセグメントに部分的に形成されており；前記磁場がＡＣ高周波電源による励起への応答で第１及び第２インダクターセグメントによって生成され；第１インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成されており；第１インダクターセグメントがさらに：
第１対向面；及び、
第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントを形成する第１貫通開口であって、前記第１及び第２コイルセグメントが第１貫通開口の両側に配置された第１貫通開口を備えており；
第２インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成され、第２インダクターセグメントがさらに：
前記第１対向面に実質的に隣接して配置され、前記第１対向面から電気絶縁された第２対向面；及び、
第３コイルセグメント及び第４コイルセグメントを形成する第２貫通開口であって、前記第３及び第４コイルセグメントが第２貫通開口の両側に配置された第２貫通開口を備えており；
前記インダクターはさらに：
第２インダクターセグメントに少なくとも２つの電気的に絶縁されたコイルを形成するために第２インダクターセグメント内に配置された少なくとも１つの断面電流制限スリットであって、第３及び第４コイルセグメントの各々を第１及び第２のコイルサブセグメントの組に分割する断面電流制限スリット；
第３または第４のコイルセグメントを備える第１及び第２のコイルサブセグメントの組のどちらかの第１部分開口であって：前記第１部分開口が第１部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第１の組に分割しており；前記コイルリップの第１の組が隣接する第２対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されている第１部分開口；及び、
第１または第２のコイルセグメントの第２部分開口であって：前記第２部分開口がオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第２の組に分割しており；前記コイルリップの第２の組が隣接する第１対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第２の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されており；第１及び第２の部分開口が実質的に閉じた開口を形成する第２部分開口を備えるインダクター。
【請求項８】
金属加工品の少なくとも１つの実質的に円筒形の部材を加熱するためのインダクターであって：前記実質的に円筒形の部材は不規則な形状の部材の少なくとも１つ側面に取り付けられており；前記不規則な形状の部材と前記実質的に円筒形の部材との間にはフィレットが形成されており；前記インダクターは第１インダクターセグメント及び第２インダクターセグメントから形成されており；第１及び第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントに供給されるＡＣ高周波電流を第２インダクターセグメントに磁気的に結合するための手段を有しており；前記実質的に円筒形の部材への磁場の適用による加熱のために前記実質的に円筒形の部材を配置するための、実質的に閉じた開口が第１インダクターセグメントに部分的に形成され、かつ第２インダクターセグメントに部分的に形成され；前記磁場がＡＣ高周波電源による励起への応答で第１及び第２インダクターセグメントによって生成され；第１インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成されており；第１インダクターセグメントがさらに：
第１対向面；及び、
第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントを形成する第１貫通開口であって、前記第１及び第２コイルセグメントが第１貫通開口の両側に配置された第１貫通開口を備えており；
第２インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成され、第２インダクターセグメントがさらに：
前記第１対向面に実質的に隣接して配置され、前記第１対向面から電気絶縁された第２対向面；及び、
第３コイルセグメント及び第４コイルセグメントを形成する第２貫通開口であって、前記第３及び第４コイルセグメントが第２貫通開口の両側に配置された第２貫通開口を備えており；
前記インダクターはさらに：
第２インダクターセグメントに少なくとも２つの電気的に絶縁されたコイルを形成するために第２インダクターセグメント内に配置された少なくとも１つの受動断面電流制限スリットであって、第３及び第４コイルセグメントの各々を第１及び第２のコイルサブセグメントの組に分割する受動断面電流制限スリット；
第３または第４のコイルセグメントを備える第１及び第２のコイルサブセグメントの組のどちらかの第１部分開口であって：前記第１部分開口が第１部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第１の組に分割しており；前記コイルリップの第１の組が隣接する第２対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されている第１部分開口；
第１インダクターセグメントに少なくとも２つの並列なコイルを形成するために第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントに配置された少なくとも１つの能動断面電流制限スリットであって、第１及び第２コイルセグメントの各々を第１及び第２のコイルサブセグメントの組に分割する能動断面電流制限スリット；及び、
第１または第２のコイルセグメントを備える前記コイルサブセグメントの組のどちらかの第２部分開口であって：前記第２部分開口が第２部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第２の組に分割しており；前記コイルリップの第２の組が隣接する第１対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第２の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されており；第１及び第２の部分開口が実質的に閉じた開口を形成する第２部分開口を備えるインダクター。
【請求項９】
前記少なくとも１つの能動断面電流制限スリットの数が前記少なくとも１つの受動断面電流制限スリットの数に等しく、前記少なくとも１つの能動断面電流制限スリットの各々が前記少なくとも１つの受動断面電流制限スリットの各々に対して反対側になるように整列されている、請求項８に記載のインダクター。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの能動及び受動断面電流制限スリットの全ての幅が等しい、請求項９に記載のインダクター。
【請求項１１】
単一の能動断面電流制限スリット及び単一の受動断面電流制限スリットを備え、前記能動及び受動断面電流制限スリットが、前記フィレットのみが実質的に誘導的に加熱されるように十分広い、請求項１０に記載のインダクター。
【請求項１２】
磁場を前記フィレットに向けるために磁束集中器が前記断面電流制限スリットによって形成される空間に配置される、請求項１１に記載のインダクター。
【請求項１３】
金属加工品の少なくとも１つの実質的に円筒形の部材を加熱するためのインダクターであって：前記実質的に円筒形の部材は不規則な形状の部材の少なくとも１つ側面に取り付けられており；前記不規則な形状の部材と前記実質的に円筒形の部材との間にはフィレットが形成されており；前記インダクターは第１インダクターセグメント及び第２インダクターセグメントから形成されており；第１及び第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントに供給されるＡＣ高周波電流を第２インダクターセグメントに磁気的に結合するための手段を有しており；前記実質的に円筒形の部材への磁場の適用による加熱のために前記実質的に円筒形の部材を配置するための、実質的に閉じた開口が第１インダクターセグメントに部分的に形成され、かつ第２インダクターセグメントに部分的に形成されており；前記磁場がＡＣ高周波電源による励起への応答で第１及び第２インダクターセグメントによって生成され；第１インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成されており；第１インダクターセグメントがさらに：
第１対向面；及び、
第１コイルセグメント及び第２コイルセグメントを形成する第１貫通開口であって、前記第１及び第２コイルセグメントが第１貫通開口の両側に配置された第１貫通開口を備えており；
第２インダクターセグメントが中実の電気伝導性材料から形成され、第１インダクターセグメントがさらに：
前記第１対向面に実質的に隣接して配置され、前記第１対向面から電気絶縁された第２対向面；及び、
第３コイルセグメント及び第４コイルセグメントを形成する第２貫通開口であって、前記第３及び第４コイルセグメントが第２貫通開口の両側に配置された第２貫通開口を備えており；
前記インダクターはさらに：
第２インダクターセグメントに少なくとも２つの電気的に絶縁されたコイルを形成するために第２インダクターセグメント内に配置された少なくとも１つの断面電流制限スリットであって、第３及び第４コイルセグメントの各々を第１及び第２のコイルサブセグメントの組に分割する断面電流制限スリット；
第３コイルセグメントを備える第１及び第２のコイルサブセグメントの組の第１部分開口であって：前記第１部分開口が第１部分開口を形成している少なくとも１つのコイルサブセグメントの組のオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第１の組に分割しており；前記コイルリップの第１の組が隣接する第２対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第１の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されており；前記第４コイルセグメントが突出する実質的に半円形の部材を有している第１部分開口；
第１コイルセグメントの第２部分開口であって、前記第２部分開口がオリフィスによって分割されたアーチ形コイル面を有しており；前記オリフィスが前記アーチ形コイル面をコイルリップの第２の組に分割しており；前記コイルリップの第２の組が隣接する第１対向面とともに相互作用領域を形成しており；そこにおいて、前記コイルリップの第２の組が前記不規則な形状の部材の不規則な塊を選択的に補正するために、前記実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、または前記フィレットの選択的な加熱のために輪郭を形成されており；第１及び第２の部分開口が実質的に閉じた開口を形成する第２部分開口；及び、
第２コイルセグメントの第３部分開口であって、第４コイルセグメントの前記突出する実質的に半円形の部材が前記第３部分開口に嵌る第３部分開口を備えるインダクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００３年２月１４日に出願された米国特許出願No.60/447,615の優先権を主張し、その内容は本願に参照として組み込まれる。
【０００２】
本発明は複雑な形状の加工品の加熱処理のために使用される誘導コイルに関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許出願No.6,274,857（以降、８５７特許と呼ぶ）はクランクシャフト等の不規則な形状の加工品または製品素材の誘導加熱処理の方法を開示しており、それは本願にも参照として組み込まれる。８５７特許はクランクシャフトのピンや主要部等の加工品の部材を誘導加熱焼入れするための、能動電気回路内の１つのコイルセグメントと受動電気回路内の１つのコイルセグメントとのコイルセグメントの対になった組の使用を開示している。図１は８５７特許で教授されている誘導加熱焼入れを実施するための１つの構成の概略図である。図において、ＡＣ電流Ｉaは（瞬間的なＡＣ電流として）矢印の方向によって図示されているように、第１インダクターセグメント１０７を通って流れる。第１インダクターセグメント１０７を概略的に図示している配線は適当なＡＣ電源に接続され、第１インダクターセグメントを単一巻きのインダクターセグメントから形成される能動電気回路にしている。コイルセグメント１０７ａ及び１０７ｂは第１インダクターセグメント１０７内に備えられる。電流Ｉaは能動インダクターコイルセグメントの周囲に磁束場を生成する。コイルセグメント１０９ａ及び１０９ｂは単一巻きのインダクターコイルセグメントから形成される受動電気回路である第２インダクターセグメント１０９に備えられる。磁束集中器セグメント１０３ａ及び１０３ｂは能動インダクターセグメントの周囲の磁束を受動インダクターセグメントに結合し、第２インダクターセグメント１０９に（瞬間的なＡＣ電流として）矢印の方向によって図示されているような電流Ｉbを誘導する磁束集中器を形成する。
【０００４】
図２ａ及び図２ｂはそれぞれ、図１の回路を実現するために使用することができる、従来技術の能動（第１）インダクターセグメント１０７及び受動（第２）インダクターセグメント１０９の１つの例を図示している。図２ａにおいて、電力端子領域１２２ａ及び１２２ｂは能動インダクターセグメントを適当な高周波ＡＣ電源に接続するための手段を与える。誘電体（または、絶縁体）４１１は２つの領域に十分な電気絶縁を与えるために使用することができる。図２ａ及び図２ｂにおいて、開口１１７ａ及び１１７ｂの間の内部空間は第１及び第２のインダクターセグメントをそれぞれ、２つのコイルセグメントに分割する。これらのコイルセグメントの各々はコイルセグメント１０７ａ及び１０７ｂの開口１２１ａ及び１２１ｂ等の、部分的な開口を有する。各開口の周囲の各コイルセグメントはコイルセグメント１０７ａの冷却オリフィス１３１の両側の、内側及び外側のコイルリップ１２３ｂ及び１２３ａ等の、冷却オリフィスによって分割された内側及び外側のコイルリップとともに形成することができる。図２ｃは各々が１組のコイルセグメント、すなわち、コイルセグメント１０７ａ及び１０９ａの第１の組及びコイルセグメント１０７ｂ及び１０９ｂの第２の組の周囲に形成された開口（開口１２１ａ及び１２２ａ、並びに開口１２１ｂ及び１２２ｂ）内に配置される、加工品の２つの構成要素を誘導的に加熱処理するために配置された、従来技術の能動及び受動インダクターセグメント１０７及び１０９を図示している。磁束集中器１０３ａ及び１０３ｂは第１及び第２のインダクターセグメントの磁束集中器結合領域１１９ａ及び１１９ｂの周囲に配置される。誘電体（または、絶縁体）４１０は第１及び第２のインダクターセグメントのコイル対向面１１５ａ及び１１５ｂを分離する。１組のコイルセグメントの周囲に形成された特定の開口で誘導的に加熱処理される加工品部材（の形状または特徴）に応じて、貫通開口１１７ａ及び１１７ｂは１つまたは２つの加工品部材を結合する、加熱処理されない加工品の部材に対する正常位置（場所）として利用されてもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
効率的な磁気結合により、受動インダクターセグメント内の誘導電流Ｉbの大きさは能動インダクターセグメント内の能動電流Ｉaとほぼ大きさが同じで、１８０電気角だけ位相がずれた状態となることができる。しかしながら、電流ＩaとＩbがほぼ同じ大きさであることはコイルセグメントの幅方向に沿った均等な電流密度を保証するものではない。能動及び受動回路の向かい合ったコイルセグメント内の均一な横断面方向の電流密度はコイルセグメントの対向する組によって形成される開口内に配置される加工品の部材の均一的な誘導加熱に対して重要な要素である。コイルセグメントを形成している電気伝導性材料の非均一性、またはコイルセグメントの組の向かい合った面の間の平行な面関係からのずれはインダクターセグメントの断面の幅に沿った（または、インダクターセグメントの横断面方向の）不均一な電流密度の結果となる。図３ａ及び図３ｂは図２ｃの線Ａ−Ａでの、対向する第１及び第２のコイルセグメントの部分的な断面図である。図３ａは電流Ｉa及びＩbに対して、理想的な均一断面電流密度（点状の領域）を有する、対向するインダクターセグメント１０７及び１０９の典型的な組を図示している。図３ｂは、対向するコイル対向面１１５ａ及び１１５ｂが互いに平行でなく、電流Ｉa及びＩbの両方の断面電流密度が不均一である、より現実的な状態を図示している。この例において、インダクターセグメント１０９のコイル対向面１１５ｂは対向するインダクターセグメント１０７のコイル対向面１１５ａと平行ではない。結果として、近接効果としてしられる電磁現象により、誘導される電流Ｉbの密度はエアギャップが狭い断面領域で大きくなり、それは能動電流Ｉaの電流密度のリディストリビューション（または、再分布）の結果となる。
【０００６】
対向する能動及び受動コイルセグメント内の電流密度の均一性はコイルセグメントの組の間の開口内で誘導的に加熱処理される加工品の部材に隣接して配置される、複雑な形状の加工品の電気伝導性の塊の存在（または、電気伝導体の質量または形状の偏り）によっても影響を受ける。図４は対向するコイルセグメント１０７ａ及び１０９ａの組の間で、コイルリップ１０７ａ'及び１０７ａ''並びにコイルリップ１０９ａ'及び１０９ａ''によって形成される開口に配置された加工品の部材２０７を図示している。誘導的に加熱処理される加工品の部材２０７は隣接する誘導的に加熱処理されない加工品の部材２０６及び２０８の境界部に結合されている。加工品がクランクシャフトの場合、部材２０７はピンまたは（その中にオイル経路を備えても、備えなくてもよい）主要部であってもよく、接している、隣接する加工品の部材はクランクシャフトの非対称的な釣り合いおもり（counterweight）であってもよい。
【０００７】
８５７特許に開示されているように、能動及び受動インダクターセグメントは２回またはそれ以上の数の巻きが適用されてもよい。しかしながら、能動及び受動多重巻きインダクター回路は等価的な単一巻きの構成に比べ高い動作電圧を必要とする。高い動作電圧は狭いエアギャップを有する、隣接する回路伝導体の間のアーク放電の可能性を増大させ、装置の信頼性及び保守性を減少させる。
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は複雑な形状の加工品または製品素材の、加工品部材の均一な誘電加熱処理を達成するために、インダクター全体の電流密度の非均一分布を最小にするインダクターセグメントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの側面のおいて、本発明は金属加工品の少なくとも１つの実質的に円筒形な部材を加熱処理するためのインダクター及び方法であって、そこにおいて、実質的に円筒形の部材は不規則な形状の部材の少なくとも１つの側面に取り付けられており、不規則な形状の部材と実質的に円筒形の形状の部材との間にフィレット（または、細く平らな部分）を形成する。インダクターは第１及び第２のインダクターセグメントから形成され、第２インダクターセグメントは第１インダクターセグメントに磁気的に結合している。第１インダクターセグメントはＡＣ高周波電源に接続している。ＡＣ高周波電源からの高周波ＡＣ電流による励起（または、磁化）への応答で、第１及び第２インダクターセグメントから形成されるインダクターによって生成される磁場の適用によって実質的に円筒形の部材を加熱処理するために、実質的に円筒形の部材を配置するための第１インダクターセグメントによって部分的に形成され、かつ第２インダクターセグメントによって部分的に形成される実質的に閉じた開口（または、実質的に円形の開口）が形成される。
【００１０】
本発明の１つの例において、第１インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第１インダクターセグメントは対向面（または、接触面）及び第１及び第２のコイルセグメントを形成する貫通開口を有する。第１及び第２のコイルセグメントは貫通開口の両側に配置される。断面電流制限スリットは第１及び第２のコイルセグメントの各々をコイルサブセグメントの第１及び第２の組に分割する。第１または第２のどちらかのコイルセグメントの第１部分開口は断面電流制限スリットの両側にアーチ形のコイル面を有する。これらのアーチ形のコイル面の各々はコイルリップの第１及び第２の組を形成するためにオリフィスによって分割される。コイルリップの第１及び第２の組は隣接する第１の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第１及び第２の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正する（または、埋合せる）ために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。第２インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第２インダクターセグメントは第１対向面に実質的に隣接し、かつ第１対向面から電気的に絶縁状態で配置される第２対向面（または、接触面）を有する。第２インダクターセグメントの貫通開口は貫通開口の両側に配置された、第３及び第４のコイルセグメントを形成する。第３または第４のどちらかのコイルセグメントの第２部分開口はコイルリップの第３の組を形成するためにオリフィスによって分割されたアーチ形の面を有する。コイルリップの第３の組は隣接する第２対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第３の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。
【００１１】
本発明のもう１つの例において、第１インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第１インダクターセグメントは対向面（または、接触面）及び第１及び第２のコイルセグメントを形成する貫通開口を有する。第１及び第２のコイルセグメントは貫通開口の両側に配置される。第１インダクターセグメント断面電流制限スリットは第１及び第２のコイルセグメントの各々をコイルサブセグメントの第１及び第２の組に分割する。第１または第２のどちらかのコイルセグメントの第１部分開口は断面電流制限スリットの両側にアーチ形のコイル面を有する。これらのアーチ形のコイル面の各々はコイルリップの第１及び第２の組を形成するためにオリフィスによって分割される。コイルリップの第１及び第２の組は隣接する第１の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第１及び第２の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。第２インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第２インダクターセグメントは第１対向面に実質的に隣接し、かつ第１対向面から電気的に絶縁状態で配置された第２対向面（または、接触面）を有する。第２インダクターセグメントの貫通開口は貫通開口の両側に配置された、第３及び第４のコイルセグメントを形成する。少なくとも１つの第２インダクターセグメント断面電流制限スリットは第２インダクターセグメントを少なくとも２つの直列のコイルの巻きに分割する。少なくとも２つのコイル巻きは貫通開口の両側に少なくとも２つのコイル巻きセグメントを形成する。貫通開口の両側の少なくとも２つのコイル巻きセグメントの第２部分開口はコイルリップの第３及び第４の組を形成するためにオリフィスによって分割されたアーチ形の面を有する。コイルリップの第３及び第４の組は隣接する第２の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第３及び第４の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。
【００１２】
本発明のもう１つの例において、第１インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第１インダクターセグメントは対向面（または、接触面）及び第１及び第２のコイルセグメントを形成する貫通開口を有する。第１及び第２のコイルセグメントは貫通開口の両側に配置される。第１インダクターセグメント断面電流制限スリットは第１及び第２のコイルセグメントの各々をコイルサブセグメントの第１及び第２の組に分割する。第１または第２のどちらかのコイルセグメントの第１部分開口は断面電流制限スリットの両側にアーチ形のコイル面を有する。これらのアーチ形のコイル面の各々はコイルリップの第１及び第２の組を形成するためにオリフィスによって分割される。コイルリップの第１及び第２の組は隣接する第１の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第１及び第２の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。第２インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第２インダクターセグメントは第１対向面に実質的に隣接し、かつ第１対向面から電気的に絶縁状態で配置された第２対向面（または、接触面）を有する。第２インダクターセグメントの貫通開口は貫通開口の両側に配置された、第３及び第４のコイルセグメントを形成する。第２インダクターセグメント断面電流制限スリットは第２インダクターセグメントを内側及び外側のインダクターセグメントに分割する。貫通開口の両側の内側及び外側のインダクターセグメントの第２部分開口はコイルリップの第３及び第４の組を形成するためにオリフィスによって分割されたアーチ形の面を有する。コイルリップの第３及び第４の組は隣接する第２の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第３及び第４の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。
【００１３】
本発明のもう１つの例において、第１インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第１インダクターセグメントは対向面（または、接触面）及び第１及び第２のコイルセグメントを形成する貫通開口を有する。第１及び第２のコイルセグメントは貫通開口の両側に配置される。第１または第２のどちらかのコイルセグメントの第１部分開口はコイルリップの第１の組を形成するためにオリフィスによって分割されたアーチ形のコイル面を有する。コイルリップの第１の組は隣接する第１の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第１の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。第２インダクターセグメントは中実の電気伝導性材料から形成される。第２インダクターセグメントは第１対向面に実質的に隣接し、かつ第１対向面から電気的に絶縁状態で配置された第２対向面（または、接触面）を有する。第２インダクターセグメントの貫通開口は貫通開口の両側に配置された、第２及び第３のコイルセグメントを形成する。断面電流制限スリットは第２インダクターセグメントを互いに電気的に絶縁された、内側インダクターセグメント及び外側インダクターセグメントに分割する。貫通開口の両側の内側及び外側のインダクターセグメントの第２部分開口はコイルリップの第２及び第３の組を形成するためにオリフィスによって分割されたアーチ形の面を有する。コイルリップの第３及び第４の組は隣接する第２の対向面とともに相互作用領域を形成する。コイルリップの第２及び第３の組は不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成される。
【００１４】
もう１つの側面において、本発明は、加工品の主軸に対してオフセットを有し（または、主軸に対して横方向にずれており）、かつ主軸に平行な１つまたは複数の実質的に円筒形の加工品部材、及び加工品の主軸に対して軸方向に整列した２つまたはそれ以上の実質的に円筒形の加工品部材を有するクランクシャフト等の、金属加工品の加熱処理のための誘導加熱処理装置を提供することである。本発明のインダクターは加工品部材を誘導的に加熱するために使用される。
【００１５】
本発明の他の側面は以下の詳細な説明から明らかになるだろう。本発明を説明するために、以下に現在、最も好まれる実施例を図面とともに説明する。しかしながら、本発明がこれらの実施例の配置及び部材に限定されないことは理解されなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで図面を参照すると、図５には複雑な加工品の部材を誘導的に加熱処理するために使用することができる、本発明の能動インダクターセグメントの１つの例が示されている。能動インダクターセグメント１７は並列に接続された２つのコイルの巻き１６及び１８を備える。図５は能動インダクターセグメントの対向面（または、接触面）の平面図を示している。断面電流制限スリット１４は電力端子領域１２２ａ及び１２２ｂで並列に接続されている、能動インダクターセグメントの２つの巻きを形成する。スリット１４は２つのコイルの巻きの間のアーク放電を防止するために十分広く、誘電体材料（または、絶縁体材料）で充填されてもよい。（制限ではないが）通常、スリット１４の幅は誘導的に加熱される部材の特徴または特性に依存し、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内で形成される。スリット１４はコイルの巻き内の断面電流（または、横断面方向の電流）を遮断するので、断面電流の不均一性を最小にする。コイルの巻き１６及び１８の組み合わせは貫通開口１１７ａの両側にコイルセグメント１７ａ及び１７ｂを形成する。図５に示されている例において、スリット１４はコイルセグメント１７ａ及び１７ｂの両方、及び磁束集中領域１１９ａの全体に拡張する。本発明の代替的な例において、スリットは２つのコイルセグメントだけに限定され、それによって２つの分離したスリットを形成してもよい。好まれるものとして、スリット１４は両方のコイルセグメント内の電流分布の均一性を向上させるために、コイルセグメントの両方の全体に拡張する。
【００１７】
コイルセグメントの片方または両方はコイルセグメント１７ａ及び１７ｂの部分開口２１ａ及び２２ａ等の部分開口を有する。各部分開口の２つのコイル巻きの各々のアーチ形コイル面は、図５において、内側コイルリップ２３ｂ、外側コイルリップ２３ａ、及び冷却オリフィス３１として示されているような、各々が冷却オリフィスによって分離されたコイルリップの組に形成されてもよい。コイルリップは不規則な形状の部材の不規則な塊（または、不規則な質量または形状の偏り）を選択的に補正するために、実質的に円筒形の部材の表面に対する開口のために、またはフィレット（または、細く平らな部分）の選択的な加熱のために輪郭を形成されてもよい。
【００１８】
単一のスリット１４は概略的に、各コイルセグメントを等しい幅の２つのコイルの巻きに分割する。ここで、２つ以上の断面電流制限スリットが備えられてもよいことは理解されなければならない。
【００１９】
図５の能動インダクターセグメント１７は図２ｂに示されている単一巻きのインダクターセグメントとの組み合わせで使用されてもよい。本発明のこの例において、スリット１４の間に形成された２つのコイルの巻きを流れる瞬間的な電流の方向は受動単一巻きインダクターセグメント内の電流に対して反対向きになるので、能動インダクターセグメント内の電流密度の向上した、均一な断面分布は受動インダクターセグメント内の電流密度の向上した、均一な断面分布の結果となる。すなわち、能動インダクターセグメント内の２つのコイルの巻きの各々の電流は、各々が受動インダクターセグメント内に同等の電流の量を誘引する。
【００２０】
代替的に、能動インダクターセグメント１７は２つの巻きの受動インダクターセグメントとともに使用されてもよい。図６は本発明の２つの巻きの受動インダクターセグメントの１つの例の対向面（または、接触面）の平面図を図示している。２つの巻きの受動インダクターセグメント１９は交差領域２６とともに、断面電流制限スリット１５によって形成された２つのコイルの巻き２０及び２４を備える。図５の能動インダクターセグメント１７とともに使用される場合、受動インダクターセグメントのスリット１５の幅ＷSは能動インダクターセグメントのスリット１４の幅ＷSと実質的に等しくされる。コイルセグメント１９ａ及び（または）コイルセグメント１９ｂを形成する２つのコイルの巻きの各々の部分開口２１ｂ及び２２ｂの周囲のアーチ形面には、オリフィスの周囲にコイルリップが構成される。受動インダクターセグメントの２つの巻きは直列に接続されているので、両方の巻きを流れる、誘導された電流（の量）は同一となる。それゆえ、能動インダクターセグメント１７が２つの巻きの受動インダクターセグメント１９に隣接して適当に配置された場合、能動インダクターセグメント内を流れる電流の密度は受動インダクターセグメント内に流れる電流の密度に依存して分布される。
【００２１】
図７は本発明の代替的な受動インダクターセグメントを図示している。この例において、受動インダクターセグメント２９は断面電流制限スリット３０によって２つの電気絶縁されたコイル３２及び３３に分割される。この構成において、受動インダクターセグメントは部分開口４１ｂ等の、１つまたは複数の部分開口とともに、内側及び外側のコイルを備える。受動インダクターセグメント２９は図２ａまたは図５に示されている、どちらの能動インダクターセグメントと組み合わされて使用されてもよい。２つの電気絶縁されたコイルを備える受動コイルは均一な断面電流密度の分布を与える点においては、直列に接続された２つの（または、それ以上の）巻きの受動インダクターセグメントほど効果的ではないが、それは製造が容易であるとともに、従来技術に比べたとき、優れた特性を発揮する。
【００２２】
図８ａ及び図８ｂは軸方向に突出する加熱処理されない、隣接する終端部品を供えた複雑な形状の加工品の終端部材を誘導的に加熱処理するために使用することができる、能動及び受動インダクターセグメント６５'及び６５の組の１つの例を図示している。例えば、加工品がクランクシャフトである場合、加熱処理される終端部材は主要部であり、軸方向に突出する加熱処理されない、隣接する終端部品はクランクノーズ（crank nose）であってもよい。能動インダクターセグメント６５'は単一巻きのコイルを備える。受動インダクターセグメント６５は断面電流制限スリット７４によって分割された、２つの電気絶縁されたコイル７０及び７２を備える。加工品の部材は部分開口６６及び６６'によって形成される開口で誘導加熱処理される。半円形部材６７は半円形開口６７'に嵌る。図８ａ及び図８ｂに示されている本発明の実施例の長所は図２ａに示されている能動インダクターセグメントと図７に示されている受動インダクターセグメントとの組み合わせによって達成される長所と同様である。
【００２３】
断面電流制限スリットによって分割されたコイルの巻きの、対になったコイルリップの組は、それらがコイルセグメントの組の間に配置された加工品部材と、それに隣接する加工品部材との間のフィレット（または、細く平らな部分）だけを誘導的に加熱するように配置されてもよい。この構成において、断面電流制限スリットは誘導加熱をフィレット領域に向けるために広めにされ、磁束集中器（または、磁束集中部材）によって充填されてもよい。（制限ではないが）通常、この種の用途の断面電流制限スリットの幅は、誘導的に加熱される部材の特徴または特性に応じて、６ｍｍ〜２５ｍｍの範囲にされてもよい。
【００２４】
ここで、上述の実施例が本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するためのものではないことは理解されなければならない。上述された本発明の範囲は付随する請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】複雑な形状の加工品を誘導的に加熱処理するために使用することができる、従来技術の能動及び受動磁気結合電気回路の概略図である。
【図２ａ】複雑な形状の加工品を誘導的に加熱処理するために使用することができる、従来技術の能動インダクターセグメントを図示している。
【図２ｂ】複雑な形状の加工品を誘導的に加熱処理するために使用することができる、従来技術の受動インダクターセグメントを図示している。
【図２ｃ】複雑な形状の加工品の構成要素を誘導的に加熱するために配置された、図２ａ及び図２ｂに示されている能動及び受動インダクターセグメントを図示している。
【図３】インダクターセグメントの均一な断面電流密度と不均一な断面電流密度との差を図示している。
【図４】接している、隣接する加工品の部材の存在によって生ずる誘導加熱処理中の加工品部材中の、典型的な不均一断面電流密度を図示している。
【図５】複雑な形状の加工品を誘導的に加熱処理するために使用することができる、並列に接続された２つの巻きとして構成された、本発明の能動インダクターセグメントの１つの例の対向面の平面図である。
【図６】複雑な形状の加工品を誘導的に加熱処理するために使用することができる、並列に接続された２つの巻きとして構成された、本発明の受動インダクターセグメントの１つの例の対向面の平面図である。
【図７】複雑な形状の加工品を誘導的に加熱処理するために使用することができる、２つの電気絶縁されたコイルの巻きとして構成された、本発明の受動インダクターセグメントの１つの例の斜視図である。
【図８】突出した加熱処理されない終端部材を有している、加工品部材の一方の端を加熱処理するために使用することができる、本発明の対向する、能動及び受動インダクターセグメントの組の１つの例の斜視図である。
【図９】複雑な形状の加工品の１つまたは複数の部材を誘導的に加熱処理するために、図５に示されている能動インダクターセグメントが図６に示されている受動インダクターセグメントとともに使用されたときの電気回路の概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１４，１５  断面電流制限スリット
１６    コイルの巻き
１７    能動インダクターセグメント
１７ａ，１７ｂ  コイルセグメント
１８    コイルの巻き
１９    受動インダクターセグメント
１９ａ，１９ｂ  コイルセグメント
２０    コイルの巻き
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ  部分開口
２３ａ  外側コイルリップ
２３ｂ  内側コイルリップ
２４    コイルの巻き
２６    交差領域
２９    受動インダクターセグメント
３０    断面電流制限スリット
３１    冷却オリフィス
３２，３３  コイル
４１ｂ  部分開口
６５    受動インダクターセグメント
６５’  能動インダクターセグメント
６６，６６’  部分開口
６７    半円形部材
６７’  半円形開口
７０，７２  コイル
７４    断面電流制限スリット
１０３ａ，１０３ｂ  磁束集中器セグメント
１０７  能動インダクターセグメント
１０７ａ，１０７ｂ  コイルセグメント
１０９  受動インダクターセグメント
１０９ａ，１０９ｂ  コイルセグメント
１１５ａ，１１５ｂ  コイル対向面
１１７ａ，１１７ｂ  貫通開口
１１９ａ，１１９ｂ  磁束集中領域
１２１ａ，１２１ｂ  部分開口
１２２ａ，１２２ｂ  電力端子領域
１２３ａ  外側コイルリップ
１２３ｂ  内側コイルリップ
２０６  加熱処理されない加工品の部材
２０７  加熱処理される加工品の部材
２０８  加熱処理されない加工品の部材
４１０  誘電体
４１１  誘電体
【図１】
2006518092.tif 000003
【図２ａ】
2006518092.tif 000004
【図２ｂ】
2006518092.tif 000005
【図２ｃ】
2006518092.tif 000006
2006518092.tif 000007
【図４】
2006518092.tif 000008
【図５】
2006518092.tif 000009
【図６】
2006518092.tif 000010
【図７】
2006518092.tif 000011
2006518092.tif 000012
【図９】
2006518092.tif 000013
【国際調査報告】
2006518092.tif 000014