(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱するに際し、
１つの高周波電源から、１次共振回路を形成する１次側高周波誘導加熱コイルにより、前記被加熱体の１つの前記被加熱面を誘導加熱し、
該１次側高周波誘導加熱コイル近傍に配設され、該１次側高周波誘導加熱コイルによって電磁誘導されるとともに、高周波電源に接続されていない、コンデンサを含む直列共振回路から成る２次共振回路を形成するそれぞれの２次側高周波誘導加熱コイルにより、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱すること、
を特徴とする高周波誘導加熱方法。
【請求項２】
前記被加熱体が磁性体からなることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱方法。
【請求項３】
前記１次側高周波誘導加熱コイルと前記２次側高周波誘導加熱コイルヘの出力配分は、前記１次側および前記２次側の高周波誘導加熱コイルのそれぞれのリアクタンスの比率、または前記１次及び２次の共振回路のそれぞれのコンデンサ容量の比率、または前記コイルのそれぞれの間隔を調整することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱方法。
【請求項４】
複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱する装置であって、
１つの高周波電源と、
該高周波電源に接続され、１次共振回路を形成するとともに、前記被加熱体の１つの前記被加熱面を誘導加熱するための１次側高周波誘導加熱コイルと、
該１次側高周波誘導加熱コイルの近傍に配設されるとともに、該１次側高周波誘導加熱コイルによって電磁誘導され、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱するそれぞれの２次側高周波誘導加熱コイルと、
該それぞれの２次側高周波誘導加熱コイルとコンデンサにて形成される、高周波電源に接続されていない直列共振回路から成るそれぞれの２次共振回路と、
から構成されること、
を特徴とする高周波誘導加熱装置。
【請求項５】
前記被加熱体が磁性体からなることを特徴とする請求項４に記載の高周波誘導加熱装置。
【請求項６】
前記１次側高周波誘導加熱コイルと前記２次側高周波誘導加熱コイルヘの出力配分は、前記１次側及び前記２次側の高周波誘導加熱コイルのそれぞれのリアクタンスの比率、または前記１次及び２次の共振回路のそれぞれのコンデンサ容量の比率、または前記コイルのそれぞれの間隔を調整することにより行われることを特徴とする請求項４に記載の高周波誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の加熱部分を持つ、例えば金属製機械部品の該歯車部分を、同時に高周波焼入するときに用いられる、高周波誘導加熱する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高周波誘導加熱方法およびその装置では、前記複数の歯車部分を持つ金属製機械部品で、例えば、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すような、同一軸線Ｃ上に、ある間隔で配置され、それぞれ直径が異なる複数（図では、３個）の歯車１ａ，１ｂ，１ｃが設けられた金属製の機械部品が、被加熱物１として適用される。
このような被加熱物１の前記複数箇所に設けられた歯車部１ａ，１ｂ，１ｃを、同時に高周波加熱する場合、図３に示すように、加熱部分である、該歯車部１ａ，１ｂ，１ｃに相対して、複数の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃが使用される。
【０００３】
この場合、前記複数の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃが、直列や並列の一体構造であると、加熱の際、前記被加熱物１への着脱が困難であり、必然的に複数部分を別々の高周波誘導加熱コイルに分離し、例えば図４に示すように、一方の高周波誘導加熱コイル２ｂ，２ｃを固定し、他方の高周波誘導加熱コイル２ａを上方に移動させて、該被加熱物１を着脱する必要があった。そのため、該高周波誘導加熱コイルは、２個以上必要であった。
【０００４】
そして、これらの複数箇所の高周波誘導加熱は、大別すると２種類あって、その１は、１つの高周波電源（例えば、高周波発振器）を用い、切替器を使用して複数箇所を順次に加熱、処理する方法と、その２は、図３または図４に示すように、複数の高周波電源３ａ，３ｂ，３ｃを用いて、複数箇所を同時に加熱、処理する方法があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示すような、複雑形状の前記被加熱物１を高周波誘導加熱する、従来の方法およびその装置では、次のような問題点があった。
すなわち、（１）１つの高周波電源を用い、切替器を使用して複数箇所を順次に加熱、処理する方法は、その箇所ごとに、加熱時間だけでなく、空冷時間及び水冷時間等の処理工程にかかる時間も必要とすることから、サイクルタイムが長くなるという問題点があった。
【０００６】
（２）  他方、複数の高周波電源を用いて、同時に加熱、処理する方法は、それぞれの高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃごとに、専用の複数台の高周波電源３ａ，３ｂ，３ｃを使用することから、多くの費用とスペースが必要となり、設備のイニシアルコストが高くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので,その目的は前記問題点を解消し、１つの高周波電源により、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱できる高周波誘導加熱方法を提案することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、１つの高周波電源により、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱できる高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱するに際し、１つの高周波電源から、１次共振回路を形成する１次側高周波誘導加熱コイルにより、前記被加熱体の１つの前記被加熱面を誘導加熱し、該１次側高周波誘導加熱コイル近傍に配設され、該１次側高周波誘導加熱コイルによって電磁誘導されるとともに、高周波電源に接続されていない、コンデンサを含む直列共振回路から成る２次共振回路を形成するそれぞれの２次側高周波誘導加熱コイルにより、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱する方法である。
【００１０】
また、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱する装置であって、１つの高周波電源と、該高周波電源に接続され、１次共振回路を形成するとともに、前記被加熱体の１つの前記被加熱面を誘導加熱するための１次側高周波誘導加熱コイルと、該１次側コイルの近傍に配設されるとともに、該１次側高周波誘導加熱コイルによって電磁誘導され、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱するそれぞれの２次側高周波誘導加熱コイルと、該それぞれの２次側高周波誘導加熱コイルとコンデンサにて形成される、高周波電源に接続されていない直列共振回路から成るそれぞれの２次共振回路とから構成される高周波誘導加熱装置である。
【００１１】
さらに、前記被加熱体が磁性体からなる方法または装置である。
【００１３】
また、前記１次側高周波誘導加熱コイルと前記２次側高周波誘導加熱コイルヘの出力配分は、前記１次側及び前記２次側の高周波誘導加熱コイルのそれぞれのリアクタンスの比率、または前記１次及び２次の共振回路のそれぞれのコンデンサ容量の比率、または前記コイルのそれぞれの間隔を調整することにより行われる方法または装置である。
【００１４】
本発明の高周波誘導加熱方法とその装置は、以上のように構成されるので、設備のイニシアルコストを含む多くの費用とスペースが低減され、さらに、サイクルタイムを短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明の高周波誘導加熱装置の一実施例を示す、回路図を含む構成図で、該高周波誘導加熱装置１０により、自動車エンジンの部品の１つで、複数箇所（本実施の形態では、３箇所）の被加熱面を有する歯車の高周波誘導加熱と焼入処理を行っている。
【００１６】
図１において、被加熱物（前記歯車で、一般にワークともいう）１は、図２（ｂ）に示すような、同一軸線Ｃ上に、ある間隔で配置され、装置直径が異なる複数（図では、３個）の歯車部１ａ，１ｂ，１ｃが設けられた磁性材（例えば、鉄鋼系材）の金属機械部品で、該歯車部１ａ，１ｂ，１ｃを高周波誘導加熱により焼入処理を行う。
【００１７】
前記高周波誘導加熱装置１０は、加熱コイル部１１と、電源部２１と、２次共振回路部３１とから構成されている。
前記加熱コイル部１１は、金属機械部品である前記被加熱物１を保持するワーク受け治具１２と、該ワーク受け治具１２に配設され、前記被加熱物１のうち大径歯車部１ｂに対向して配置された１次側高周波誘導加熱コイル１３と、他の小径歯車部１ｃに対向して配置された２次側高周波誘導加熱コイル１４と、図示しないコイル移動治具に配設され、前記被加熱物１の、さらに他の小径歯車部１ａに対向して配置された２次側高周波誘導加熱コイル１５とからなる。
【００１８】
前記電源部２１は、交流電源に接続され、直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ２２と、該直流により動作して高周波誘導加熱電力を出力する高周波電源（例えば、発振器）２３と、その出力側に接続され、前記１次側高周波誘導加熱コイル１３に高周波電力を供給するため、該高周波コイル１３を含め、結合トランス２４ａとコンデンサ２４ｂとからなる１次共振回路２４が接続されている。
【００１９】
前記２次共振回路部３１は、誘導加熱周波数で共振する、前記２次側高周波誘導加熱コイル１４と、結合トランス３２ａと、コンデンサ３２ｂとで形成された２次共振回路３２すなわち高周波電源に接続されていない直列共振回路と、誘導加熱周波数で共振する、前記２次側高周波誘導加熱コイル１５と、結合トランス３３ａと、コンデンサ３３ｂとで形成された２次共振回路３３すなわち高周波電源に接続されていない直列共振回路とからなる（図１参照）。
【００２０】
前記１次側高周波誘導加熱コイル１３と、２個の前記２次側高周波誘導加熱コイル１４，１５は、図１に示すように配置され、その管内には、前記被加熱物１を焼入するための冷却液が、流通可能な銅管で構成されている。
【００２１】
次いで、前記被加熱物１を、前記高周波誘導加熱装置１０に取り付けるときは、前記２次側高周波誘導加熱コイル１５を、図示しない前記コイル移動治具により、該被加熱物１と接触しない位置まで移動させてから、該被加熱物１を前記ワーク受け治具１２上に載置する。該被加熱物１を該ワーク受け治具１２上に載置後、前記２次側高周波誘導加熱コイル１５を、前記コイル移動治具により、所定位置に配置して、前記被加熱物１の前記小径歯車部１ａに対向させる。
【００２２】
ここで、前記１次側高周波誘導加熱コイル１３に、前記高周波電源２３から前記１次側共振回路２４に高周波電流を供給すると、該高周波コイル１３に高周波電流が流れて、磁性材である前記被加熱物１内に磁界が発生し、前記大径歯車部１ｂを加熱すると同時に、この磁界により前記２次側高周波誘導加熱コイル１４，１５を励起させ、前記２次側コンデンサ３２ｂ，３３ｂを調整することで、前記２次側共振回路３２，３３を共振させ、前記小径歯車部１ｃ，１ａを同時に加熱する。
【００２３】
なお、前記１次側高周波誘導加熱コイル１３と前記２次側高周波誘導加熱コイル１４，１５ヘの出力配分は、前記１次及び２次の共振回路２４，３２，３３のそれぞれのコンデンサ２４ｂ，３２ｂ，３３ｂの容量の比率を調整するほか、前記１次側及び前記２次側の高周波コイル１３，１４，１５のそれぞれのリアクタンスの比率、または前記コイル１３，１４，１５のそれぞれの間隔を調整することにより行ってもよい。
【００２４】
前記被加熱物１の、前記大径歯車部１ｂおよび前記小径歯車部１ｃ，１ａを加熱後、そのままの位置で、短い時間空冷する。しかる後、前記各高周波誘導加熱コイル１３，１４，１５から、該被加熱物１に向けて設けられた複数の穴を通して、該被加熱物１に焼入用冷却液（例えば、冷却水など）を噴射して、焼入処理を行っている。
前記被加熱物１の焼入処理後、前記ワーク受け治具１２と前記コイル移動治具とにより、前記加熱コイル１３，１４，１５を、前記被加熱物１から、速やかに他の位置に移動させ、該被加熱物１を外部に搬出する。
【００２５】
以下に、本実施例の具体的な加熱、処理条件を記載する。
（１）歯車（前記被加熱物）の寸法及び材質
(ア)歯車大径部の外径：  φ１３０ｍｍ
(イ)歯車小径部の外径：  φ７４ｍｍ  （２箇所）
(ウ)歯車の高さ：          ４１ｍｍ
(エ)歯車の材質：        焼結材（鉄系粉末の焼結材）
【００２６】
（２）高周波誘導加熱条件
(ア)周波数：            ５０ｋＨｚ
(イ)出力                ９５ｋＷ
(ウ)加熱時間：          ３．０秒
(エ)空冷時間：          ０．５秒
(オ)水冷時間：          ５．０秒
(カ)加熱温度：          ９００゜Ｃ
【００２７】
（３）歯車の高周波熱処理規格及ぴ処理結果
(ア)表面硬さ規格：      ＨＲＡ６０以上
(イ)表面硬さ結果：      ＨＲＡ６５〜７２
(ウ)歯底硬化層深さ規格：    ０．６ｍｍ以上
(エ)歯底硬化層深さ結果：    ０．９〜１．６ｍｍ
【００２８】
前記高周波誘導加熱装置１０において、前述の加熱、処理条件で加工することで、良好な焼入加工を行うことができた。
【００２９】
以上、本発明の一実施の形態について述べたが、本発明は、この実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、前述のような高周波誘導加熱装置にて、前記１次側共振回路２４を動作中、前記２次共振回路３２，３３を短絡させることにより、該２次回路の共振を中断し、簡単に、２次側の加熱時間の調整を行うことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の高周波誘導加熱方法によれば、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱するに際し、１つの高周波電源から、１次共振回路を形成する１次側高周波誘導加熱コイルにより、前記被加熱体の１つの前記被加熱面を誘導加熱し、該１次側高周波誘導加熱コイル近傍に配設され、該１次側高周波誘導加熱コイルによって電磁誘導されるとともに、高周波電源に接続されていない、コンデンサを含む直列共振回路から成る２次共振回路を形成するそれぞれの２次側高周波誘導加熱コイルにより、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱するので、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱できるとともに、１台の高周波電源で済み、設備費用及びスペース、さらにはサイクルタイムの短縮が可能となる優れた効果を奏する。
【００３１】
また、本発明の高周波誘導加熱装置によれば、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱する装置であって、１つの高周波電源と、該高周波電源に接続され、１次共振回路を形成するとともに、前記被加熱体の１つの前記被加熱面を誘導加熱するための１次側高周波誘導加熱コイルと、該１次側高周波誘導加熱コイルの近傍に配設されるとともに、該１次側高周波誘導加熱コイルによって電磁誘導され、他のすべての前記被加熱面を誘導加熱するそれぞれの２次側高周波誘導加熱コイルと、該それぞれの２次側高周波誘導加熱コイルとコンデンサにて形成される、高周波電源に接続されていない直列共振回路から成るそれぞれの２次共振回路とから構成されるので、複数の被加熱面を有する被加熱体の、該被加熱面を、同時に高周波誘導加熱できるとともに、１台の高周波電源で済み、設備費用及びスペース、さらにはサイクルタイムの短縮が可能となる。特に、設備のイニシアルコストが安価で、設備の床面積は小さく、作業スペースが少なくて済むという優れた効果を奏するため、本発明は産業上有益な装置であるということができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波誘導加熱装置の一実施例を示す回路を含む構成図である。
【図２】本実施例で使用した被加熱物の図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の縦断面図である。
【図３】従来の高周波誘導加熱方法またはその装置を示す概略構成図である。
【図４】従来の高周波誘導加熱装置への被加熱物の着脱方法を示す構成図である。
【符号の説明】
１  被加熱物
１ａ，１ｂ，１ｃ  歯車部（被加熱面）
１０  高周波誘導加熱装置
１１  加熱コイル部
１２  ワーク受け治具
１３  １次側高周波誘導加熱コイル
１４，１５  ２次側高周波誘導加熱コイル
２１  電源部
２３  高周波電源
２４  １次共振回路
２４ａ，３２ａ，３３ａ  結合トランス
２４ｂ，３２ｂ，３３ｂ  コンデンサ
３１  ２次共振回路部
３２，３３  ２次共振回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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