(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる下壁、前記下壁の幅方向両端から立ち上がって前記長手方向に延びると共に該長手方向に延びる一つの溝がそれぞれに形成された一対の側壁、及び前記下壁に対向して前記長手方向に延びる上壁を有する、横断面が矩形状の長尺材の前記長手方向に沿って相対的に移動しながら該長尺材の前記側壁を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記一対の側壁と前記上壁の境界の角部の近傍を前記長手方向に延びる第１導体部と、
前記溝の近傍を前記長手方向に延びる第２導体部と、
前記第１導体部の一端と前記第２導体部の一端とを電気的に接続すると共に、これら第１及び第２導体部に略直交する方向に延びて前記長尺材から遠ざかるように配置される「く」字状の第３導体部と、
前記一対の側壁と前記下壁の境界の角部の近傍を前記長手方向に延びる第４導体部とを備え、
前記第１、第２、第３、及び第４導体部それぞれは、互いに向き合う一対のものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺材の長手方向に沿って相対的に移動しながらこの長尺材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（ワーク）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。この高周波焼入れでは、被処理物を加熱する際に誘導加熱コイルが使用される。被処理物として例えば複数本の長尺材を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誘導加熱コイルで加熱し、その後急冷して硬化させる。
【０００３】
このように複数本の長尺材を連続して加熱する場合、この長尺材の側壁のうち長手方向両端部では長尺材の端面にも誘導電流（渦電流）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、長手方向両端部近傍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】
ところで、長尺材を高周波焼入れする際は、通常、硬化させたい部分に誘導電流が発生するような誘導加熱コイルを用いてこの部分を焼入温度まで加熱する。この場合、硬化させたい部分だけでなく他の部分も焼入温度まで加熱され、この他の部分も硬化することがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような「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、切断作業の費用が必要となり、しかも、長手方向両端部に相当する分の材料が無駄になるという問題がある。
【０００７】
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。
【０００８】
ところで、上述したように、長尺材を高周波焼入れする際には、硬化させたい部分だけでなく、他の部分も焼入温度まで加熱されて硬化することがある。この場合、硬化した他の部分に孔開けなどの加工を施すことがある。しかし、硬化した他の部分は加工しにくく、加工作業に手間がかかるという問題がある。
【０００９】
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」を防止できると共に、所望の部分だけを適確に加熱できる誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【００１０】
【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、長手方向に延びる溝が側壁に形成された長尺材の上記長手方向に沿って相対的に移動しながらこの長尺材を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（１）所定方向に延びる第１導体部と、
（２）この第１導体部に並行に延びる第２導体部と、
（３）上記第１導体部の一端と上記第２導体部の一端とを電気的に接続する、これら第１及び第２導体部に略直交する方向に延びる「く」字状の第３導体部と
を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、
（４）上記第１導体部は、上記長尺材の上壁のうち、上記長手方向に直交する幅方向の端部の近傍をこの端部に沿って上記長手方向に延びるものであり、
（５）上記第２導体部は、上記溝の近傍をこの溝に沿って延びるものであり、
（６）上記第３導体部は、上記長尺材から遠ざかるように配置されるものであってもよい。
【００１２】
また、誘導加熱コイルは、
（７）上記長尺材の下壁の近傍に位置する、上記第２導体部に電気的に接続された第４導体部を備えてもよい。
【００１３】
さらに、
（８）上記長尺材は、上記長手方向に延びる溝がこの長尺材の左右両側壁それぞれに形成されたものであり、
（９）上記第１、第２及び第３導体部それぞれは、互いに向き合う一対のものであってもよい。
【００１４】
さらにまた、
（１０）上記第４導体部は、上記長尺材の下壁のうち、上記長手方向に直交する幅方向の両端の近傍にそれぞれ配置される一対の導体からなるものであってもよい。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１、図２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。
【００１７】
図１は、誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１の誘導加熱コイルを模式的に示す斜視図である。
【００１８】
誘導加熱コイル１０は、所定方向（ここでは、後述するように長尺材の長手方向であって、この長尺材の搬送方向でもある）に延びる第１導体部２０と、この第１導体部２０に並行に延びる第２導体部３０とを備えている。第１導体部２０の一端２０ａと第２導体部３０の一端３０ａは「く」字状の第３導体部４０を介して電気的に接続されている。「く」字状の第３導体部４０は、第１及び第２導体部２０，３０に直交する平面上に配設されている。また、第１導体部２０の他端２０ｂは高周波電源（図示せず）に接続されている。
【００１９】
第２導体部３０の他端３０ｂは、第１及び第２導体部２０，３０に直交してこれらから遠ざかる方向に延びる導体部５０の一端５０ａに電気的に接続されている。この導体部５０の他端５０ｂは、ここから直角に折れ曲がって第２導体部３０に並行に延びる導体部６０の他端６０ｂに電気的に接続されている。導体部６０の一端６０ａは、導体部５０，６０双方に直交する方向に延びる導体部７０の一端７０ａに電気的に接続されている。
【００２０】
導体部７０の他端７０ｂは第４導体部８０の一端８０ａに電気的に接続されており、この第４導体部８０は第１及び第２導体部２０，３０に並行に延びている。上記した４つの導体部２０，３０，６０，８０はほぼ同じ長さである。第４導体部８０の他端８０ｂは、導体部７０に並行に延びる導体部９０の一端９０ａに電気的に接続されている。この導体部９０の中央（一端９０ａと他端９０ｂの中央）を直交して通る平面を対称面にしたとき、誘導加熱コイル１０には、上記した第１導体部２０、第２導体部３０、第３導体部４０、導体部５０、導体部６０、導体部７０、第４導体部８０と左右対称になるような第１導体部１２０、第２導体部１３０、第３導体部１４０、導体部１５０、導体部１６０、導体部１７０、第４導体部１８０が形成されている。これら各導体部１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０はそれぞれ対応する導体部２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０に向き合っている。
【００２１】
誘導加熱コイル１０は絶縁板（ベーク材）１００に固定されている。この絶縁板１００の中央部には矩形状の孔１０２が形成されており、この孔１０２を長尺材（被処理物）２００（図５等参照）が通り抜ける。図３（ａ）に示すように、長尺材２００が孔１０２を通り抜けて矢印Ａ方向（図５参照）に搬送される際、長尺材２００の上壁２０２のうち、この長尺材２００の長手方向（矢印Ａ方向）に直交する幅方向の両端部２０２ａの近傍にはそれぞれ第１導体部２０，１２０がこの両端部２０２ａに沿って長手方向に延び、両端部２０２ａに渦電流が生じることとなる。
【００２２】
また、図５に示すように、長尺材２００の側壁２０４には長手方向に延びる溝２０６が形成されている。長尺材２００が孔１０２を通り抜けて矢印Ａ方向（図５参照）に搬送される際には、図３（ａ）に示すように、第２導体部３０，１３０が溝２０６に沿って延び、この溝２０６の側面には渦電流が生じることとなる。なお、第３導体部４０，１４０は、長尺材２００から遠ざかるように配置されるので、この第３導体部４０，１４０を流れる交流電流によっては長尺材２００に渦電流がほとんど生じない。
【００２３】
図３から図５までを参照して、誘導加熱コイル１０によって長尺材２００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。
【００２４】
図３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の場合の概略を示す側壁図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合の概略を示す側壁図であり、渦電流が二点鎖線で模式的に示されている。図５は、長尺材に発生した渦電流を模式的に示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイルを用いたときの斜視図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルを用いたときの斜視図であり、渦電流が二点鎖線で模式的に示されている。
【００２５】
被処理物である長尺材２００の側壁２０４には、上述したように、この長尺材２００の長手方向（矢印Ａ方向）に延びる溝２０６が形成されている（図４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２００の側壁２０４を加熱する際、図３（ａ）に示すように、誘導加熱コイル１０の第１導体部２０，１２０が上壁２０２の幅方向の両端部２０２ａの近傍に位置する。また、誘導加熱コイル１０の第２導体部３０，１３０が溝２０６の近傍に位置する。さらに、第４導体部８０，１８０は、下壁２０８の幅方向両端部２０８ａの近傍に位置する。なお、第３導体部４０，１４０は、側壁２０４から離れている。
【００２６】
長尺材２００と誘導加熱コイル１０の位置関係を上記のように保ったままこの長尺材２００を長手方向（図３の紙面に垂直な方向）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。
【００２７】
一方、図３（ｂ）に示すように、従来の誘導加熱コイル３００は、向き合った一対の「Ｌ」字状の導体部３０２，３０４を備えており、各導体部３０２，３０４は電気的に接続されている。従来の誘導加熱コイル３００を用いて長尺材２００の側壁２０４を加熱するに当っては、図５（ｂ）に示すように、導体部３０を長尺材２００の溝２０６に所定間隔離れた状態で接近させ、長尺材２００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３００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。
【００２８】
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２００を誘導加熱する際にこの長尺材２００に生じる渦電流１２と、従来の誘導加熱コイル３００を用いて長尺材２００を誘導加熱する際にこの長尺材２００に生じる渦電流１４とを比較して図４、図５に示す。
【００２９】
本発明の誘導加熱コイル１０を用いた場合、図４（ａ）と図５（ａ）に示すように、長尺材２００には、上壁２０２の両端部２０２ａと溝２０６の側面とに分散された渦電流１２が生じる。このように渦電流１２が被加熱部分だけに生じるように分散されており、硬化させたくない部分には渦電流が生じないので、この部分はほとんど加熱されない。また、このような分散された渦電流１２は長手方向での加熱効率が良い。このため、長尺材２００の長手方向端部２０９であっても、長手方向中央部２０７と同程度に充分加熱される。
【００３０】
即ち、長尺材２００の側壁２０４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、長尺材２００の両端部２０２ａと溝２０６の側面と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、これらに対応する長手方向端部２０９の部分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、長尺材２００の両端部２０２ａと溝２０６の側面も、これらに対応する長手方向端部２０９の部分も一様に硬化されて「焼逃げ」を無くすことができる。
【００３１】
また、第４導体部８０，１８０に流れる交流電流によって、長尺材２００の下壁２０８のうち幅方向両端部２０８ａには渦電流１３が生じ、この部分は焼入温度まで加熱される。この部分を加熱直後に急冷すると硬化する。この硬化に起因して変形が生じることがあるが、この変形は、両端部２０２ａと溝２０６の側面の硬化にも起因して生じる。両者の変形が打ち消しあって、長尺材２００全体としては、幅方向両端部２０８ａを硬化しないときよりも変形が低減する。
【００３２】
一方、従来の誘導加熱コイル３００を用いた場合、図４（ｂ）と図５（ｂ）に示すように、長尺材２００の側壁２０４には、この側壁２０４の全体にわたって広がる渦電流１４が生じる。このような渦電流１４は加熱効率が悪い。このため、長尺材２００の長手方向端部２０９では、長手方向中央部２０７ほどは充分に加熱されない。即ち、長尺材２００の側壁２０４の長手方向端部２０９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２０７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２０９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２０９では「焼逃げ」が生じるおそれがある。
【００３３】
図６と図７を参照して、本発明の誘導加熱コイルと従来の誘導加熱コイルを用いて長尺材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。
【００３４】
図６は、長尺材２００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７は、図６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。
【００３５】
長尺材２００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２００の搬送速度（送り速度）は、６．５ｍｍ／秒とした。なお、長尺材２００を固定しておき、誘導加熱コイル１０，３００を移動させるように構成してもよく、長尺材２００と誘導加熱コイル１０，３００とが相対的に移動するように構成すればよい。
【００３６】
本発明の誘導加熱コイル１０を用いた場合、長尺材２００の長手方向端部２０９の焼入パターンは図６（ａ）に示すようになる。この焼入パターンは、長尺材２００の長手方向中央部２０７（図４（ａ）参照）においても同様であった。また、長尺材２００の長手方向端部２０９でも長手方向中央部２０７でも、図７（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２００の長手方向端部２０９でも長手方向中央部２０７でも、一様な焼入パターンと一様な硬さ分布が得られた。
【００３７】
一方、従来の誘導加熱コイル３００を用いた場合、長尺材２００の長手方向端部２０９の焼入パターンは図６（ｂ）に示すようになり、長手方向中央部２０７の焼入パターンは図６（ａ）に示すようになった。また、長尺材２００の長手方向端部２０９における硬さ分布は、図７（ｂ）に示すようになり、長手方向中央部２０７における硬さ分布は、図７（ａ）に示すようになった。即ち、従来の誘導加熱コイル３００を用いた場合は、長尺材２００の長手方向端部２０９と長手方向中央部２０７とでは、焼入パターンと硬さ分布が相違し、「焼逃げ」が発生した。
【００３８】
【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て長尺材を加熱するときは、例えば、長尺材の上壁のうち長手方向に直交する幅方向の端部の近傍を第１導体部が長手方向に沿って延びるように配置すると共に、第２導体部が溝の近傍をこの溝に沿って延びるように配置する。また、「く」字状の第３導体部が長尺材から遠ざかるように配置する。このような状態に第１、第２、及び第３導体部を配置し、これらに交流電流を流すと、第１導体部が上壁のうち幅方向の端部の近傍に位置しているので、この端部に強い渦電流が流れる。また、第２導体部が溝に沿って延びているので、この溝の近傍にも強い渦電流が流れる。一方、第３導体部は長尺材から遠ざかるように配置されているので、この第３導体部を流れる交流電流によっては長尺材に渦電流がほとんど発生しない。この結果、渦電流が上壁の幅方向端部の近傍と溝の近傍とに分散して流れ、これらの部分が集中的に加熱される。このため、これらの部分だけを適確に焼入温度まで加熱できる。即ち、所望の部分だけを適確に焼入温度にまで加熱できると共に、「焼き逃げ」も防止できることとなる。
【００３９】
ここで、上記第１導体部は、上記長尺材の上壁のうち、上記長手方向に直交する幅方向の端部の近傍をこの端部に沿って上記長手方向に延びるものであり、かつ、上記第２導体部は、上記溝の近傍をこの溝に沿って延びるものであり、かつ、上記第３導体部は、上記長尺材から遠ざかるように延びるものである場合は、第１導体部が長尺材の上壁のうち長手方向に直交する幅方向の端部の近傍を長手方向に沿っていると共に、第２導体部が溝の近傍をこの溝に沿って延びている。また、「く」字状の第３導体部は長尺材から遠ざかるように延びている。従って、これら第１、第２、及び第３導体部に交流電流を流すと、第１導体部が上壁のうち幅方向の端部の近傍に位置しているので、この端部に強い渦電流が流れる。また、第２導体部が溝に沿って延びているので、この溝の近傍にも強い渦電流が流れる。一方、第３導体部は長尺材から遠ざかるように配置されているので、この第３導体部を流れる交流電流によっては長尺材に渦電流がほとんど発生しない。この結果、渦電流が上壁の幅方向端部の近傍と溝の近傍とに分散して流れ、これらの部分が集中的に加熱される。このため、これらの部分だけを適確に焼入温度まで加熱できる。即ち、所望の部分だけを適確に焼入温度にまで加熱できると共に、「焼き逃げ」も防止できることとなる。
【００４０】
また、誘導加熱コイルが、上記長尺材の下壁の近傍に位置する、上記第２導体部に電気的に接続された第４導体部を備えた場合は、第１及び第２導体部で長尺材を加熱した後に急冷してこの長尺材を硬化した場合、第１及び第２導体部による渦電流は分散しているので、長尺材は部分的に加熱され、この加熱された部分だけが硬化する。このため、長尺材が変形するおそれがある。しかし、第４導体部で下壁を加熱し急冷して硬化させた場合、この硬化に起因する変形が、第１及び第２導体部で加熱されて硬化した部分に起因する変形と打ち消し合うので、長尺材全体の変形を低減できる。
【００４１】
さらに、上記長尺材は、上記長手方向に延びる溝がこの長尺材の左右両側壁それぞれに形成されたものであり、かつ、上記第１、第２及び第３導体部それぞれは、互いに向き合う一対のものである場合は、一対の第１、第２及び第３導体部によって、上壁の幅方向の左右両端部の近傍と２つの溝の近傍とが適確に焼入温度まで加熱され、所望の部分だけを適確に加熱できることとなる。
【００４２】
さらにまた、上記第４導体部は、上記長尺材の下壁のうち、上記長手方向に直交する幅方向の両端の近傍にそれぞれ配置される一対の導体からなるものである場合は、第１及び第２導体部によって加熱されて硬化した部分に起因する変形は、一対の導体からなる第４導体部で加熱されて硬化した部分に起因する変形によっていっそう確実に打ち消されるので、長尺材全体の変形がいっそう低減される。
【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】図１の誘導加熱コイルを模式的に示す斜視図である。
【図３】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４】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壁図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルの場合の概略を示す側壁図であり、渦電流が二点鎖線で模式的に示されている。
【図５】長尺材に発生した渦電流を模式的に示す、（ａ）は本発明の誘導加熱コイルを用いたときの斜視図、（ｂ）は従来の誘導加熱コイルを用いたときの斜視図であり、渦電流が二点鎖線で模式的に示されている。
【図６】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７】図６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
２０，１２０  第１導体部
３０，１３０  第２導体部
４０，１４０  第３導体部
８０，１８０  第４導体部
２００  長尺材
２０２  長尺材の上壁
２０２ａ  上壁の両端部
２０４  長尺材の側壁
２０６  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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0003868651.tif 000009
【図６】
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【図７】
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