JPH0619193Y2 - 段付き軸加熱用コイル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、軸部に続いて順次小径と大径の段部がある段
付き軸を，焼入れ，焼戻し等の目的で，軸回転せしめつ
つ段部から軸部へかけて移動加熱する場合に使用する段
付き軸加熱用コイルに関する。

（従来の技術） 従来、この種々の段付き軸を誘導加熱手段により移動加
熱する場合には、通常，所定加熱電源設備から給電され
る第２図（ａ）に示す如き複巻の加熱コイルＣ２が使用
されていた。

図において、Ｗは所定長さの軸部ｗｓに続いて小径の段
部ｗｂと大径の段部ｗａとが順次形成されている段付き
軸である。加熱コイルＣ２は大径段部ｗａの外径と所定
間隙を隔てて対向可能な内径に巻回した加熱導体ｃａ′
と軸部ｗｓの外径と所定間隙を隔てて対向可能な内径に
巻回した加熱導体ｃｂ′からなり、加熱導体ｃａ′は大
径段部ｗａの段肩Ａの隅（内隅）を指向可能な突出部
ａ′を，加熱導体ｃｂ′は小径の段部ｗｂ′の段肩Ｂの
隅（内隅）を指向可能な突出部ｂ′を具えている。

上記加熱コイルＣ２を用いて段付き軸Ｗを加熱する場合
には、たとえば軸部ｗｓを上方としてセンタ軸により支
持して軸回転せしめ、加熱コイルＣ２をそれぞれの突出
部ａ′，ｂ′が段肩Ａの隅および段肩Ｂの隅に対向する
如く位置させ、この状態で図示しない加熱電源から加熱
コイルＣ２へ通電を開始し、位置不動状態で加熱を継続
する。段部ｗａ，ｗｂが所望の温度に昇温した時点で加
熱コイルＣ２と段付き軸Ｗとを所定速度で相対移動さ
せ、順次軸部ｗｓを加熱する。かくして段部ｗａ，ｗｂ
から軸部ｗｓへかけて二重斜線Ｈとして示す表面から均
一深さ，均一温度の加熱パターンが得られる。

（従来技術に存する問題点） ところで、上記従来技術の説明にいおて、敢て所定加熱
電源設備と記載したのに理由がある。即ち，加熱電源設
備には、たとえば電源出力，整合用コンデンサ容量，整
合用変成器能力その他の関係で、装着する加熱コイルを
単巻加熱導体のものに限定することを条件付けている場
合がある。

上記の如く条件付けされた加熱電源設備の場合には、も
し第２図（ａ）に示されるような２巻回の加熱導体から
なる加熱コイルＣ２を装着して加熱を実行したとして
も、コイル電圧が２分され，いわばバワー不足となつて
整合がとれないため、被加熱部材を効率的に加熱し得な
い。

他方、もし第２図（ｂ）に示されるような単巻の加熱導
体ｃ′からなる加熱コイルＣ１を当該加熱電源設備に装
着して加熱を実行したとしても、例えば加熱開始時，加
熱導体ｃ′の突出部ａ″を大径段部ｗａの段肩Ａの隅に
対向させて位置不動のまま所定時間加熱のうえ，相対位
置しさせる動作工程を採ると、同図の左半部に図示する
加熱パターンＨ′が示すように、段肩Ｂとその隅部分と
が加熱されない。また，段部加熱にあたり，同図の右半
部に図示するように、加熱導体ｃ′の突出部ａ″をはじ
め実線描写の如く段肩Ａの隅に対向位置させて所定時間
加熱し、次いで僅少の相対移動により破線描写の如く突
出部ａ″を段肩Ｂの隅に対向位置させて所定時間の加熱
を実行のうえ、軸部ｗｓを加熱すべく相対移動する動作
工程を採ると、当該加熱が焼入れを目的としている場合
には右半部に墨塗した角部（段肩Ｂの外隅部）Ｋ近傍が
焼き鈍され、また焼戻を目的としている場合には当該角
部Ｋ近傍が逆にオーバヒートし、結局段部を均一加熱し
得ない。

（考案の目的） 本考案は加熱電源設備が使用する加熱コイルの構成を単
巻に限定するや否やに拘わらず、軸部に続き順次小径と
大径の段部が形成されている段付き軸を単巻加熱導体か
らなる加熱コイルにより段部から軸部へかけて均一に移
動加熱することが可能な段付き軸加熱用コイルを提供す
ることを目的とする。

（考案の要旨） 本考案の要旨は、 軸部に続き順次小径と大径の段部が形成されている段付
き軸を軸回転せしめつつ段部から軸部へかけて移動加熱
するコイルにおいて、 (a)当該コイルのコイル加熱導体を弧状部ｃａおよび弧
状部ｃｂに区分される単巻きとし、 (b)上記弧状部ｃａおよび弧状部ｃｂの長さおよび導体
断面積の大小関係は、ｃａ＜＜ｃｂとするとともに、 (c)弧状部ｃａは弧状部ｃｂに対して移動方向後方側へ
所定の段差およびズレを持たせ、かつその内周先端が大
径段部の段肩内隅部を指向する如く斜行させて形成し、
上記弧状部ｃｂは広巾とした内周壁の移動方向後方側に
先端が小径段部の段肩内隅部を指向する突出部を形成
し、 (d)弧状部ｃａおよび弧状部ｃｂの突出部のそれぞれか
ら発生して対向部へ作用する磁束量φａおよびφａがほ
ぼ等しくなるように設定され、 (e)上記小径段部の段肩外隅部には弧状部ｃａおよび弧
状部ｃｂの突出部からの洩れ磁束が作用する構成とした
点にある。

（考案の作用） 本考案は、位置不動状態での段部加熱時には、弧状部ｃ
ａから発生する磁束は大径部の段肩隅に，弧状部ｃｂの
突出部から発生する磁束は小径部の段肩隅に，それぞれ
ほぼ等しい付加量で集中し、かつその中間位置にある角
部にそれぞれ疎となつた磁束が重畳し、綜合的に段部へ
の磁束付加を平均化する作用がある。また相対移動状態
での軸部加熱時には、弧の長さを大，かつ広巾に形成し
てある弧状部ｃｂから発生する磁束が主として軸部に付
加され、相対移動速度の低下するのを可及的に防止する
作用がある。

（実施例） 本考案を第１図（ａ）および（ｂ）に示す実施例に従つ
て以下に詳述する。

図にいおて、Ｗは所定長さの軸部ｗｓに続いて小径の段
部ｗｂと大径の段部ｗａとが形成されている段付き軸，
Ｃは本考案実施例加熱コイル，またＪは加熱目的が焼入
れの場合に設けられる冷却ジヤケツトである。

上記加熱コイルＣは単巻の加熱導体であるが、図示の如
く弧状部ｃａと弧状部ｃｂとに区別し得る。即ち，弧状
部ｃａと弧状部ｃｂとは長さ関係において ｃａ＜＜ｃｂ を維持し、また導体断面積関係において ｃａ＜＜ｃｂ を維持している。

さらに上記弧状部ｃａは通常のコイル形状とは異なり、
弧状部ｃｂに対して移動方向後方側へ所定の段差をつけ
てズレる如く形成され、かつ内周先端が大径段部ｗａの
段肩Ａの隅を指向する如く斜行している。尚、上記ズレ
は弧状部ｃａを大径段部ｗａと小径段部ｗｂとの段差に
対応した寸法である。当該弧状部ｃａの内周側先端面を
除いた外周に例えば珪素鋼板等からなる磁束収束用の磁
性体ｍを嵌着するのが好ましい。

上記弧状部ｃｂは軸部ｗｓの外径より大の内径を維持し
た広巾の内周壁を具え、内周壁の送り方向後方側には，
その先端が小径段部ｃｂの段肩Ｂの隅を指向する如く突
出させた突出部ｂが形成されている。

ところで，前述の如く弧状部ｃａ，ｃｂそれぞれについ
て弧の長さ関係および導体断面積関係を共に〔ｃａ＜＜
ｃｂ〕としたが、当該関係を前提として，弧状部ｃａか
ら発生して対向部へ付加する磁束付加量φａと弧状部ｃ
ｂの突出部ｂから発生して対向部へ付加する磁束付加量
φｂとが、ほぼ等しくなるように設定することが本願の
特徴である。換言すれば、導体断面積が小である弧状部
ｃａから発生する磁束φは高密度であるのに対し，導体
断面積が大である弧状部ｃｂから発生する磁束φは低密
度である一方、他方では弧の長さが弧状部ｃａは短いの
に対し，弧状部ｃｂは長いという条件下で、軸回転中の
段肩Ａの隅への集中する磁束付加量φａと段肩Ｂの隅へ
の集中する磁束付加量φｂとがほぼ等しくなるように配
慮するにある。

上記コイルの寸法・形状は最終的には実験により決定さ
れるが、前提となる設計に際し，弧状部ｃｂについては
軸部ｗｓの相対移動加熱を主務させる関係上可及的に弧
の長さを大とするほうが好ましいこと，また弧状部ｃａ
については例えば加熱導体に供給される電流値や管内を
流通する自己冷却用の冷却水に対する強度保持等の諸要
因が勘案されることとなる。当該実施例では弧状部ｃａ
の長さを全周の９０°の範囲に相当させてある。

上記構成からなる加熱コイルＣを用いて段付き軸Ｗを加
熱する場合には、前述の如く段付き軸Ｗを回転状態と
し、まず加熱コイルＣを弧状部ｃａの先端が段肩Ａの隅
に，弧状部ｃｂの突出部ｂの先端が段肩Ｂの隅に対向す
る如く位置させ、当該位置不動状態で加熱コイルＣへの
通電を開始する。当該段部の加熱にあたり、弧状部ｃａ
から発生する磁束は段肩Ａの隅に，また弧状部ｃｂの突
出部ｂから発生する磁束は段肩Ｂの隅にそれぞれ指向し
てほぼ等しい付加量で集中し、また中間位置にある角部
Ｋには弧状部ｃａと弧状部ｃｂの突起部ｂとからの，そ
れぞれ疎となつた磁束が重畳して付加されることとな
り、綜合的に段部ｗａ，ｗｂおよび角部Ｋが均一加熱さ
れる。

それぞれの隅を含む段部ｗａ，ｗｂおよび角部Ｋが所定
温度まで昇温した時点で段付き軸Ｗ・加熱コイルＣ間の
相対移動を開始し、所定移動速度をもつて軸部ｗｓを順
次加熱する。当該軸部ｗｓの相対移動加熱では、長い弧
と広巾に形成されている弧状部ｃｂから発生する磁束が
主として軸部ｗｓに付加されることとなるので、相対移
動速度の低下を可及的に防止し、処理時間を遅延させな
い。

上記工程に付された段付き軸Ｗには、第１図（ｂ）の右
半部にＨとして図示される如き，段部から軸部におよぶ
表面から均一深さまで均一温度の加熱パターンが得ら
れ、例えば均一な焼戻しがなされる。また，当該加熱が
焼入れを目的とした場合には、相対移動開始と同時に冷
却ジヤケツトＪからの焼入れ用冷却流体の噴射が開さ
れ、当該冷却ジヤケツトＪは上記相対移動に追随移動し
て昇温部を順次急冷し、加熱パターンＨに従う焼入れ硬
化層が形成されることとなる。

上記実施例では、段付き軸Ｗの軸線を上下方向とした場
合を挙げて説明したが、本考案は軸線を左右方向とした
加熱の場合にも勿論適用される。

（考案の効果） 本考案は単巻加熱導体からなる加熱コイルでありなが
ら、軸部に続き順次小径と大径の段部が形成されている
段付き軸を段部から軸部へかけて均一加熱可能であり、
加熱電源設備の条件如何に拘わらず適用可能であるので
顕著な効果を齎すとして賞用される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本考案実施例の平面図、第１図（ｂ）は
第１図（ａ）のＸ−Ｘ線での断面正面図、第２図（ａ）
は従来加熱コイルの一部断面正面図、第２図（ｂ）は問
題提起の要因となつた加熱コイルの一部断面正面図であ
る。 Ｗ……段付き軸 ｗｓ……軸部 ｗｂ……小径の段部 ｗａ……大径の段部 Ａ……大径段部の段肩 Ｂ……小径段部の段肩 Ｃ……コイル ｃａ，ｃｂ……加熱導体の区分された弧状部 ｂ……弧状部ｃｂの突出部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】軸部に続き順次小径と大径の段部が形成さ
   れている段付き軸を軸回転せしめつつ段部から軸部へか
   けて移動加熱するコイルにおいて、 当該コイルのコイル加熱導体を弧状部ｃａおよび弧状部
   ｃｂに区分される単巻きとし、上記弧状部ｃａおよび弧
   状部ｃｂの長さおよび導体断面積の大小関係は、ｃａ＜
   ＜ｃｂとするとともに、 弧状部ｃａは弧状部ｃｂに対して移動方向後方側へ所定
   の段差およびズレを持たせ、かつその内周先端が大径段
   部の段肩内隅部を指向する如く斜行させて形成し、上記
   弧状部ｃｂは広巾とした内周壁の移動方向後方側に先端
   が小径段部の段肩内隅部を指向する突出部を形成し、 弧状部ｃａおよび弧状部ｃｂの突出部のそれぞれから発
   生して対向部へ作用する磁束量φａおよびφａがほぼ等
   しくなるように設定され、 上記小径段部の段肩外隅部には弧状部ｃａおよび弧状部
   ｃｂの突出部からの洩れ磁束が作用することを特徴とす
   る段付き軸加熱用コイル。