(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その長手方向に延びる溝がその側壁に形成された長尺材の該側壁の前記長手方向に沿って相対的に移動しながら前記側壁を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記側壁の長手方向に沿って相対的に移動しながら該側壁の全面を誘導加熱する、前記側壁の長手方向に直交する幅方向に延びると共にこの側壁の幅よりも長い棒状の導体部を備え、
前記導体部は、前記溝の内壁から所定間隔離れた状態で該溝に挿入される凸部が形成されたものであり、
前記導体部のうち前記凸部の形成されていない平坦な部分から前記側壁の平坦な部分までの距離と、前記導体部の前記凸部から前記溝の内壁面までの距離とは等しいことを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
前記導体部は、
電気的に接続された互いに並行な２本の棒状の導体部を有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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺材の側壁の長手方向に沿って相対的に移動しながらこの側壁を誘導加熱する誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、誘導加熱を利用して鋼材などの被処理物の表面層を硬化させる高周波焼入れが広く用いられている。高周波焼入れでは、被処理物を加熱する際に誘導加熱コイルが使用される。例えば複数本の長尺材の側壁を連続して高周波焼入れする際には、誘導加熱コイルを固定しておき、複数本の長尺材を順に連続してその長手方向に移動させながらその側壁を誘導加熱コイルで加熱し、その後に側壁を急冷してこれら長尺材を硬化させる。
【０００３】
このように複数本の長尺材の側壁を連続して加熱する場合、側壁の長手方向両端部では長尺材の端面にも誘導電流が流れる。このため、誘導電流が端面に流れた分だけ、長手方向両端部の側壁の表面層に流れる誘導電流が少なくなり、この表面層が焼入温度にまで加熱されにくい。この場合、長手方向両端部の側壁の表面層は充分に硬化されず、所謂「焼逃げ」が長手方向両端部に発生することとなる。
【０００４】
このような「焼逃げ」は、長尺材のうちの加熱スタート側の端部に顕著に発生する。また、「焼逃げ」は、複数本の長尺材を連続して高周波焼入れする場合に限らず、一本の長尺材を高周波焼入れするときにもその両端部に発生する。さらに、歯車の歯先を高周波焼入れするときにも歯先の両端部に発生することがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような「焼逃げ」が発生した複数本の長尺材を互いに接続してさらに長くして使用する場合、未硬化部分（焼逃げ部分）を除去するために、各長尺材の長手方向両端部を切断する。従って、切断作業の費用が増し、しかも、長手方向両端部に相当する部分の材料が無駄になるという問題がある。
【０００６】
また、歯車の歯先を高周波焼入れするときに歯先の両端部に「焼逃げ」が発生すると、歯車を使用中に歯先の両端部にピッチングが起こるなどして歯車の寿命が短くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、長尺材の側壁の長手方向一端から他端までを充分に加熱して「焼逃げ」を防止できる誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の誘導加熱コイルは、長尺材の側壁の長手方向に沿って相対的に移動しながらこの側壁を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（１）上記側壁の長手方向に沿って相対的に移動する、上記側壁の長手方向に直交する幅よりも長い棒状の導体部を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、
（２）上記導体部は、電気的に接続された互いに並行な２本の棒状の導体部を有するものであってもよい。
【００１０】
また、
（３）上記長尺材は、この長尺材の長手方向に延びる溝が上記側壁に形成されたものであり、
（４）上記導体部は、上記溝の内壁から所定間隔離れた状態でこの溝に挿入される凸部が形成されたものであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の誘導加熱コイルを説明する。
【００１２】
図１を参照して、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図である。
【００１４】
誘導加熱コイル１０は、電気的に接続された一対の略「口」字状の導体部２０，４０を備えている。これら２つの導体部２０，４０はほぼ同じ形状である。
【００１５】
導体部２０は、互いに並行な２本の角柱状の導体部２２，２４（本発明にいう棒状の導体部の一例である）を備えている。また、導体部２２，２４の他端部２２ｂ，２４ｂどおしは、これら導体部２２，２４に直交する導体部２８で接続されている。このように各導体部２２，２４，２６，２８によって略「口」字状の導体部２０が形成されている。なお、導体部２６の端部２６ａが高周波電源（図示せず）に接続されている。
【００１６】
導体部４０は、上述したように、導体部２０とほぼ同じ形状であり、棒状の導体部４２，４４，４６，４８によって構成されている。導体部４４の一端部４４ａが高周波電源（図示せず）に接続されている。また、導体部４６は導体部２４に電気的に接続されている。
【００１７】
導体部２２，２４，４２，４４それぞれの長手方向中央部分には、凸部２２ｃ，２４ｃ，４２ｃ，４４ｃ（４４ｃは見えない）が形成されている。これらの凸部２２ｃ，２４ｃ，４２ｃ，４４ｃは、後述するように、長尺材の側壁に形成された溝に所定間隔離れた状態で挿入される。
【００１８】
導体部２０，４０は絶縁板（ベーク材）５０に固定されている。この絶縁板５０の中央部には矩形の孔５２が形成されており、この孔５２を長尺材（被処理物）が通り抜ける。矩形の孔５２の４辺のうちの長い一対の辺５２ａ，５２ｂの長さよりも、導体部２２，２４，４２，４４のほうが長い。また、長尺材が孔５２を通り抜ける際は、その側壁がこれら長い一対の辺５２ａ，５２ｂに向き合う。即ち、導体部２２，２４，４２，４４は、長尺材の側壁の幅（長尺材の長手方向に直交する幅）よりも長いこととなる。なお、導体部２４，４４には、誘導加熱コイル１０を冷却するための冷却水が流れる冷却パイプ５４が接続されている。図２から図４までを参照して、誘導加熱コイル１０によって長尺材に生じる渦電流を、従来の誘導加熱コイルの場合と比較して説明する。
【００１９】
図２は、長尺材の側壁に向き合って配置された誘導加熱コイルを示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイル１０の場合を示す横断面図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合を示す横断面図である。図３は、長尺材の側壁と誘導加熱コイルの位置を示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイル１０の場合の概略を示す側面図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合の概略を示す側面図であり、渦電流も模式的に示されている。図４は、長尺材の側壁と誘導加熱コイルの位置を示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイル１０の場合を示す斜視図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合を示す斜視図であり、渦電流も模式的に示されている。
【００２０】
被処理物である長尺材６０の側壁６２には、この長尺材６０の長手方向に延びる溝６４が形成されている（図３では図示せず）。本発明の誘導加熱コイル１０を用いて長尺材６０の側壁６２を加熱するに当っては、図２（ａ）に示すように、誘導加熱コイル１０の凸部２２ａ，４２ａを溝６４に所定間隔離れた状態で挿入し、長尺材６０をその長手方向に所定速度で搬送する。この搬送の間、誘導加熱コイル１０には、例えば電圧３６０Ｖ、周波数５．８ｋＨｚの高周波電力７５ｋＷが供給される。
【００２１】
ところで、図２（ｂ）に示すように、従来の誘導加熱コイル７０は、向き合った一対の導体部７２，７４を備えており、各導体部７２，７４は電気的に接続されている。従来の誘導加熱コイル７０を用いて長尺材６０の側壁６２を加熱するに当っては、図２（ｂ）に示すように、導体部７２，７４を長尺材６０の側壁６２から所定間隔だけ離し、長尺材６０をその長手方向に所定速度で搬送する。この搬送の間、誘導加熱コイル７０には、例えば電圧３６０Ｖ、周波数５．８ｋＨｚの高周波電力７５ｋＷが供給される。
【００２２】
上述のようにして本発明の誘導加熱コイル１０を用いて長尺材６０を誘導加熱する際にこの長尺材６０に生じる渦電流１２と、従来の誘導加熱コイル７０を用いて長尺材６０を誘導加熱する際にこの長尺材６０に生じる渦電流１４とを、比較して図３、図４に示す。
【００２３】
本発明の誘導加熱コイル１０を用いた場合、図３（ａ）と図４（ａ）に示すように、長尺材６０の側壁６２にはこの側壁６２の全体に渡って流れる渦電流１２が生じ、この渦電流１２の直径は、従来の誘導加熱コイル７０で生じる渦電流１４の直径よりも大きい。このような大きな直径の渦電流１２は加熱効率が良い。このため、長尺材６０の長手方向端部６６であっても、長手方向中央部６８と同程度に充分加熱される。即ち、長尺材６０の側壁６２の長手方向一端から他端までを充分に加熱できる。従って、長手方向中央部６８が焼入温度に加熱されるように電力条件を設定した場合、長手方向端部６６も焼入温度に加熱される。このため、加熱直後に加熱部分を急冷すると、長手方向中央部６８も長手方向端部６６も一様に硬化されて「焼逃げ」を無くすことができる。
【００２４】
一方、従来の誘導加熱コイル７０を用いた場合、図３（ｂ）と図４（ｂ）に示すように、長尺材６０の側壁６２には、この側壁６２の幅よりも短い径の渦電流１４が生じる。このため、長尺材６０の長手方向端部６６では、長手方向中央部６８ほどは充分に加熱されない。即ち、長尺材６０の側壁６２の長手方向端部とそれ以外の部分とでは、加熱温度が異なる。従って、長手方向中央部６８が焼入温度に加熱されるように電力条件を設定した場合、長手方向端部６６では焼入温度にまで加熱されにくい。このため、加熱直後に加熱部分を急冷しても、長手方向端部６６では「焼逃げ」が生じるおそれがある。
【００２５】
図５と図６を参照して、本発明の誘導加熱コイル１０と従来の誘導加熱コイル７０を用いて長尺材６０を高周波焼入れしたときの、長手方向中央部の硬さ分布と長手方向端部の硬さ分布とを比較する。
【００２６】
図５は、長尺材６０の長手方向端部の焼入パターンを模式的に示す、（ａ）は、本発明の誘導加熱コイル１０を用いたときの焼入パターンを示す模式図、（ｂ）は、従来の誘導加熱コイル７０を用いたときの焼入パターンを示す模式図である。図６は、図５におけるｃ，ｄ，ｅ，ｆ方向の硬さ分布を示すグラフであり、（ａ）は、本発明の誘導加熱コイル１０を用いたときのグラフ、（ｂ）は、従来の誘導加熱コイル７０を用いたときのグラフである。
【００２７】
長尺材６０の材質はＳ５５Ｃ（ＪＩＳ規格）相当であり、長さ９００ｍｍ、側壁の幅Ｗ７０ｍｍとした。加熱条件は、電圧３６０Ｖ、周波数５．８ｋＨｚ、高周波電力７５ｋＷとした。また、長尺材６０の搬送速度（送り速度）は、６．５ｍｍ／秒とした。なお、長尺材６０を固定しておき、誘導加熱コイル１０，７０を移動させるように構成してもよく、長尺材６０と誘導加熱コイル１０，７０とが相対的に移動するように構成すればよい。
【００２８】
本発明の誘導加熱コイル１０を用いた場合、長尺材６０の長手方向端部６６の焼入パターンは図５（ａ）に示すようになる。この焼入パターンは、長尺材６０の長手方向中央部６８においても同様であった。また、長尺材６０の長手方向端部６６でも長手方向中央部６８でも、図６（ａ）に示すような一様な硬さ分布が得られた。即ち、本発明の誘導加熱コイル１０を用いた場合は、長尺材６０の長手方向端部６６でも長手方向中央部６８でも、一様な焼入パターンと一様な硬さ分布が得られた。
【００２９】
一方、従来の誘導加熱コイル７０を用いた場合、長尺材６０の長手方向端部６６の焼入パターンは図５（ｂ）に示すようになり、長手方向中央部の焼入パターンは図５（ａ）に示すようになった。また、長尺材６０の長手方向端部６６における硬さ分布は、図６（ｂ）に示すようになり、長手方向中央部６８における硬さ分布は、図６（ａ）に示すようになった。即ち、従来の誘導加熱コイル７０を用いた場合は、長尺材６０の長手方向端部６６と長手方向中央部６８では、焼入パターンと硬さ分布が相違し、「焼逃げ」が発生した。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の誘導加熱コイルを用いるときは、棒状の導体部を側壁に向き合わせてその幅方向に延びるように配置し、この導体部に交流電流を流す。この交流電流によって、側壁の表面層を貫通する交番磁束が生じ、表面層に渦電流が流れる。この場合、導体部は側壁の幅よりも長いので、側壁にはその幅方向に広がる単純な形状の渦電流が流れる。このような単純な形状の渦電流は加熱効率が良い。従って、長尺材の長手方向一端部から他端部まで導体部を移動させながらその側壁を誘導加熱する場合、長尺材の長手方向両端部であっても長手方向中央部と同程度に充分に加熱されることとなる。
【００３１】
ここで、上記の導体部が、電気的に接続された互いに並行な２本の棒状の導体部を有するものである場合は、互いに並行な２本の棒状の導体部に流れる交流電流によって生じる交番磁束は磁束密度が高い。この結果、側壁の表面層に流れる渦電流も電流密度の高いものとなる。従って、長尺材の長手方向両端部であっても長手方向中央部と同程度にいっそう充分に加熱されることとなる。
【００３２】
また、上記の長尺材が、この長尺材の長手方向に延びる溝がその側壁に形成されたものであり、上記の導体部が、溝の内壁から所定間隔離れた状態で該溝に挿入される凸部が形成されたものである場合は、凸部に流れる交流電流によって溝の内壁にも渦電流が流れる。このため、内壁の表面層も充分に加熱されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】長尺材の側壁に向き合って配置された誘導加熱コイルを示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイルの場合を示す横断面図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合を示す横断面図である。
【図３】図２の長尺材の側壁と誘導加熱コイルの位置を示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイルの場合の概略を示す側面図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合の概略を示す側面図であり、渦電流も模式的に示されている。
【図４】図２の長尺材の側壁と誘導加熱コイルの位置を示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイルの場合を示す斜視図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合を示す斜視図であり、渦電流も模式的に示されている。
【図５】図２の長尺材の長手方向端部の焼入パターンを模式的に示す、（ａ）は、本発明の誘導加熱コイルを用いたときの焼入パターンを示す模式図、（ｂ）は、従来の誘導加熱コイルを用いたときの焼入パターンを示す模式図である。
【図６】図５におけるｃ，ｄ，ｅ，ｆ方向の硬さ分布を示すグラフであり、（ａ）は、本発明の誘導加熱コイルを用いたときのグラフ、（ｂ）は、従来の誘導加熱コイルを用いたときのグラフである。
【符号の説明】
１０  誘導加熱コイル
２２，２４，４２，４４  導体部
２２ｃ，２４ｃ，４２ｃ  凸部
６０  長尺材
６２  側壁
６４  溝
【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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【図６】
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