JP5887161B2 - 加熱コイル及びそれを備えた加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械部品等のワークに焼き入れをするために被加熱部を加熱する加熱コイル及びそれを備えた加熱装置に関する。

雌ねじが形成された内周面を有するナット、その他の機械部品の硬度向上を目的として、機械部品の被加熱部を加熱するために加熱コイルが使用されている。

この加熱コイルとして、冷却水を通す空間が内部に連続して形成され、被加熱部に対向する直線状の加熱導体部を備え、この加熱導体部が高周波トランス等の電源に接続される加熱コイルが知られている（特許文献１）。特許文献１で示される加熱コイルでは、加熱導体部は角パイプ状に形成されている。
また、従来、被加熱部に対向して配置されてワークの軸方向に沿って配置される螺旋形状のヘッド部を備えた加熱コイルも知られている（特許文献２）。

特開２００１−１７２７１６号公報 実開昭６３−１９２４５５号公報

しかし、特許文献１に記載のような従来の加熱コイルでは、加熱コイルの加熱導体部は角パイプ状であるため、その断面形状が一定の肉厚を有する矩形であることが容易に推測できる。そのため、ナットの内周面に対向する加熱コイルの面積が小さく、加熱コイルでナットの内周面を効率よく加熱することができず、ナットの内周面の加熱に時間がかかってしまう。

また、特許文献２に記載のような従来の加熱コイルでは、ヘッド部を構成する螺旋状の管のうち隣り合う管は被加熱部の延出方向において所定間隔をあけて配置されているため、冷却水を通す面積が小さく、加熱コイルに高出力を投入できない。このため、ワークが薄型である場合にワークを加熱すると、効率が悪く加熱に時間がかかってしまい、薄型のワーク全体に熱が伝達されて被加熱部だけを加熱できない。

本発明の目的は、被加熱部を効率よく短時間で加熱することができ、薄型のワークにも対応できる加熱コイル及びそれを備えた加熱装置を提供することである。

本発明の加熱コイルは、被加熱部が軸方向に沿って凹凸が形成された内周面であるワークを加熱し、内部に連続して形成されて冷却媒体を通す空間を有する加熱コイルであって、前記被加熱部にそれぞれ対向する第一直線部及び第二直線部と、これらの第一直線部と第二直線部との先端同士を連結する連結部と、前記第一直線部と前記第二直線部との基端側にそれぞれ一端が接続される一対の接続部とを備え、前記第一直線部と前記第二直線部とは互いに平行であり、かつ、それぞれ外周部と内周部とで区画される断面は、前記被加熱部の内周面と対向する外周部が前記被加熱部の内周面に沿うように突出して形成されて中心部が厚肉となり、前記外周部の両側部が薄肉であることを特徴とする。

この構成の本発明では、第一直線部と第二直線部とにおいて、それぞれ外周部と内周部とで区画される矩形状断面は、被加熱部と対向する外周部の中心部が厚肉であり両側部が薄肉であるため、第一直線部及び第二直線部の外周面が周方向にわたって被加熱部との間の距離に差が少なくなり、被加熱部に対向する第一直線部及び第二直線部の外周面積、すなわち被加熱部に対向する加熱コイルの面積が大きくなる。よって、加熱コイルで被加熱部を効率よく加熱することができ、被加熱部を短時間で加熱できる。
また、内部に冷却媒体を通す空間が形成され、被加熱部にそれぞれ対向する第一直線部及び第二直線部を備えるため、冷却媒体を通す面積を大きくでき、加熱コイルに高出力を投入できる。よって、被加熱部が軸方向に沿って凹凸が形成された内周面であるワークが薄型であっても、薄型のワークを効率良く短時間で加熱でき、薄型のワーク全体に熱が伝達されず、被加熱部だけを加熱できる。

本発明では、前記連結部は直線形状である構成が好ましい。
この構成の本発明では、連結部は直線形状であるため、加熱コイルの構造を簡易なものにできる。

本発明では、前記連結部は曲線形状である構成が好ましい。
この構成の本発明では、連結部は曲線形状であるため、ワークに対して加熱コイルを周方向に相対的に移動させると、連結部によって、被加熱部のうち連結部に対向する例えば底部をも加熱できる。

本発明の加熱装置は、前述の加熱コイルと、前記加熱コイルに対して前記ワークを相対的に移動させる移動機構とを備え、この移動機構は、前記加熱コイルと前記ワークとを軸方向と周方向とにそれぞれ相対的に移動可能とすることを特徴する。
この構成の本発明では、加熱コイルに対してワークを相対的に移動させる移動機構を備えるため、加熱コイルとワークとを軸方向と周方向とにそれぞれ相対的に移動可能にでき、被加熱部において加熱ムラがなく、加熱コイルによって被加熱部を確実に加熱できる。

本発明の第１実施形態に係る加熱装置を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る加熱コイルを示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る加熱コイルを示す側面図。 図１のＩＶ−ＩＶ線での断面図。 本発明の第２実施形態に係る加熱装置を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る加熱コイルを示す斜視図。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態において、同一の構成部分には同じ符号を付すとともに、それらの説明を省略または簡略化する。

＜第１実施形態＞
図１は加熱装置１の全体を示し、図２は加熱コイル全体を示す。
図１において、本実施形態の加熱装置１は、ワークとしてのナットＷを高周波焼入れするものである。ナットＷは、自動車用部品として用いられ、軸方向（図１における上下方向）に沿って凹凸としての図示しない雌ねじ部が形成されている。この雌ねじ部は被加熱部としての内周面Ｗ１を有する。雌ねじは、主に内周面Ｗ１の上部Ｗ１０に形成されており、内周面Ｗ１が加熱装置１によって加熱されて雌ねじが形成された部分に焼入れが施される。

加熱装置１は、外形がヘアピン形状の加熱コイル２と、ナットＷに対して加熱コイル２を加熱コイル２の軸方向に相対的に進退させる図示しない進退機構と、ナットＷを載置し、加熱コイル２に対してナットＷを回転させる回転テーブル３とを備える。進退機構と回転テーブル３とが、本実施形態の移動機構を構成する。

加熱コイル２は、図１及び図２に示すように、内周面Ｗ１にそれぞれ対向する第一直線部２１及び第二直線部２２と、これらの第一直線部２１と第二直線部２２との先端（図１における下側端部）同士を連結する連結部２３と、第一直線部２１と第二直線部２２との基端側（図１における上側）にそれぞれ一端が接続される一対の接続部２４，２４と、接続部２４，２４の他端側（図１における上側）にそれぞれ一端が接続され他端が高周波トランス等の図示しない電源と接続される直線状の一対の基部２５，２５とを備え、かつ内部に冷却媒体、例えば冷却水を通す空間としての流路２６が連続して形成される。

基部２５はそれぞれ、図１に示すように、外周部２５１と矩形状の内周部２５２とを有する。一方の基部２５には、矩形状のリード板４０（図３参照）が取り付けられている。このリード板４０は、一方の基部２５を介して電源に接続されている。
接続部２４はそれぞれ、図１に示すように、外周部２４１と矩形状の内周部２４２とを有し、一方の接続部２４の一端は第一直線部２１と９０°より大きく１８０°より小さい角度α１で接続され、他方の接続部２４の一端は第二直線部２２と９０°より大きく１８０°より小さい角度α２で接続される。
また、接続部２４の外周部２４１が基部２５の外周部２５１と接続され、接続部２４の内周部２４２が基部２５の内周部２５２と接続される。

第一直線部２１は、図１及び図４に示すように、外周部２１１と矩形状の内周部２１２とを有する。第一直線部２１の外周部２１１は一方の接続部２４の外周部２４１と接続され、第一直線部２１の内周部２１２は一方の接続部２４の内周部２４２と接続される。
図４に示すように、外周部２１１と内周部２１２とで区画される断面形状は、内周面Ｗ１と対向する外周部２１１の中心部２０１が厚肉であり外周部２１１の両側部２０２，２０２が薄肉となっている。つまり、流路２６の断面は矩形であり、内周面Ｗ１と対向する外周部２１１は、内周面Ｗ１の形状に沿って円弧状に形成されている。

第二直線部２２は、第一直線部２１と同様に、外周部２２１と矩形状の内周部２２２とを有し、第一直線部２１と平行である。第二直線部２２の外周部２２１は他方の接続部２４の外周部２４１と接続され、第二直線部２２の内周部２２２は他方の接続部２４の内周部２４２と接続される。
図４に示すように、外周部２２１と内周部２２２とで区画される断面形状は、第一直線部２１と同様に、内周面Ｗ１と対向する外周部２２１の中心部２０３が厚肉であり外周部２２１の両側部２０４，２０４が薄肉となっている。つまり、内周面Ｗ１と対向する外周部２２１は、内周面Ｗ１の形状に沿って円弧状に形成されている。なお、他の外周部２４１，２５１は、外周部２１１，２２１の外形と連結した円弧状に形成されている。
図４に想像線で示すように、第一直線部２１と第二直線部２２との間には、磁束を内部に閉じ込めるための一対のコア２７，２７が挟まれている。コア２７は、外周部２１１と内周部２１２との連結部分や外周部２２１と内周部２２２との連結部分を第一直線部２１及び第二直線部２２の外部から覆う膨出部２７１を有する。なお、コアの形状や大きさはこれには限定されず、図４に想像線で示す範囲を限度として、この想像線内にコアが配置可能なコアの形状や大きさであればよい。

連結部２３は、図１及び図３に示すように、直線形状であり、外周部２３１と矩形状の内周部２３２とを有する。外周部２３１は、第一直線部２１の外周部２１１と第二直線部２２の外周部２２１との先端同士を連結し、内周部２３２は、第一直線部２１の内周部２１２と第二直線部２２の内周部２２２との先端同士を連結する。

流路２６は、図１に示すように、全体がヘアピン形状であって断面視矩形（図３参照）であり、第一直線部２１、第二直線部２２、連結部２３、接続部２４、基部２５の内部に形成されている。流路２６の図１における上側端部は図示しない冷却媒体供給源に接続され、内周面Ｗ１の焼き入れ時には、加熱コイル２の内部を冷却する冷却媒体が冷却媒体供給源から流路２６内に供給される。

次に、加熱装置１を用いて内周面Ｗ１を焼入れする方法を説明する。
まず、回転テーブル３上にナットＷを載置して固定する。次に、進退機構によって、加熱コイル２を図１における下方へ移動させてナットＷの内部に進入させ、内周面Ｗ１、特に雌ねじが形成された部分に第一直線部２１及び第二直線部２２を対向させる。

そして、冷却媒体供給源からの冷却媒体を流路２６内に供給するとともに、電源からリード板４０を介して第一直線部２１、第二直線部２２、連結部２３、接続部２４、及び基部２５に高周波電流を流す。そうすると、磁束が発生して第一直線部２１及び第二直線部２２から熱が発生し、この熱により、内周面Ｗ１が加熱される。これにより、雌ねじ部分が連続して加熱される。
さらに、回転テーブル３を回転させて加熱コイル２に対してナットＷを回転させると、内周面Ｗ１の周方向の全体が加熱され、内周面Ｗ１の焼入れが行われる。

従って、本実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態の加熱コイル２では、第一直線部２１の外周部２１１と内周部２１２とで区画される断面は、内周面Ｗ１と対向する外周部２１１の中心部２０１が厚肉であり外周部２１１の両側部２０２，２０２が薄肉となっている。また、第二直線部２２の外周部２２１と内周部２２２とで区画される断面も、内周面Ｗ１と対向する外周部２２１の中心部２０３が厚肉であり外周部２２１の両側部２０４，２０４が薄肉となっている。このため、第一直線部２１及び第二直線部２２の外周面が周方向にわたって内周面Ｗ１との間の距離に差が少なくなり、内周面Ｗ１に対向する第一直線部２１及び第二直線部２２の外周面積、すなわち内周面Ｗ１に対向する加熱コイル２の面積が大きくなる。よって、加熱コイル２で内周面Ｗ１を効率よく加熱することができ、内周面Ｗ１を短時間で加熱できる。

（２）また、内周面Ｗ１にそれぞれ対向する第一直線部２１及び第二直線部２２を備え、この第一直線部２１及び第二直線部２２の内部に流路２６が形成されているため、冷却媒体を通す面積を大きくでき、加熱コイル２に高出力を投入できる。よって、内周面Ｗ１に雌ねじが形成された薄型のナットＷを効率良く短時間で加熱でき、ナットＷ全体に熱が伝達されず、内周面Ｗ１だけを加熱できる。

（３）連結部２３は直線形状であるため、加熱コイル２の構造を簡易なものにできる。
（４）また、一方の接続部２４は第一直線部２１と９０°より大きく１８０°より小さい角度α１で接続され、他方の接続部２４は第二直線部２２と９０°より大きく１８０°より小さい角度α２で接続されるため、従来のように、接続部が第一直線部及び第二直線部と９０°で接続される場合と比べて、接続部２４内部の流路２６の形状に起因する抵抗が小さく、この流路２６内を冷却媒体が通りやすくなる。

（５）磁束を内部に閉じ込めるための一対のコア２７，２７が設けられているため、閉じ込められた磁束を利用して第一直線部２１及び第二直線部２２を確実に加熱でき、外径が小さいナットＷに対しても加熱コイル２によって効率よく加熱できる。

（６）本実施形態の加熱装置１は、加熱コイル２と、加熱コイル２を加熱コイル２の軸方向に相対的に移動させる図示しない進退機構と、回転テーブル３とを備えるため、加熱コイル２と内周面Ｗ１とを軸方向と周方向とにそれぞれ相対的に移動可能にでき、内周面Ｗ１において加熱ムラがなく、加熱コイル２によって内周面Ｗ１を確実に加熱できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５及び図６に示すように、本実施形態の加熱装置１Ａ及び加熱コイル２Ａでは、第１実施形態と異なり、連結部２３は曲線形状であり、第一直線部２１及び第二直線部２２から突き出て第一直線部２１と第二直線部２２との間に跨るように設けられている。
このような本実施形態の加熱コイル２Ａでは、第１実施形態と同様の（１）〜（６）の作用効果を奏する上に、連結部２３は曲線形状であるため、回転テーブル３を回転させて加熱コイル２Ａに対してナットＷを回転させると、連結部２３によって内周面Ｗ１の底部Ｗ１１をも加熱できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ワークとして、雌ねじが形成された内周面Ｗ１を有するナットＷが用いられていたが、軸方向に沿って凹凸が形成された内周面を有する機械部品であればナット以外の機械部品であってもよい。また、前記実施形態では、雌ねじは、主に内周面Ｗ１の上部Ｗ１０に形成されていたが、内周面Ｗ１の側面全面に形成されていてもよい。

本発明は、機械部品等のワークに焼き入れをするために被加熱部を加熱する加熱コイル及びそれを備えた加熱装置として利用できる。

１，１Ａ…加熱装置、２，２Ａ…加熱コイル、３…回転テーブル（移動機構）、２１…第一直線部、２２…第二直線部、２３…連結部、２４…接続部、２６…流路（空間）、２０１，２０３…中心部、２０２，２０４…両側部、２１１，２２１…外周部、２１２，２２２…内周部、Ｗ…ナット（ワーク）、Ｗ１…内周面（被加熱部）

Claims (4)

1. 被加熱部が軸方向に沿って凹凸が形成された内周面であるワークを加熱し、内部に連続して形成されて冷却媒体を通す空間を有する加熱コイルであって、
   前記被加熱部にそれぞれ対向する第一直線部及び第二直線部と、
   これらの第一直線部と第二直線部との先端同士を連結する連結部と、
   前記第一直線部と前記第二直線部との基端側にそれぞれ一端が接続される一対の接続部とを備え、
   前記第一直線部と前記第二直線部とは互いに平行であり、かつ、それぞれ外周部と内周部とで区画される断面は、前記被加熱部の内周面と対向する外周部が前記被加熱部の内周面に沿うように突出して形成されて中心部が厚肉となり、前記外周部の両側部が薄肉である
   ことを特徴とする加熱コイル。
2. 請求項１に記載の加熱コイルにおいて、
   前記連結部は直線形状である
   ことを特徴とする加熱コイル。
3. 請求項１に記載の加熱コイルにおいて、
   前記連結部は曲線形状である
   ことを特徴とする加熱コイル。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の加熱コイルと、
   前記加熱コイルに対して前記ワークを相対的に移動させる移動機構とを備え、
   この移動機構は、前記加熱コイルと前記ワークとを軸方向と周方向とにそれぞれ相対的に移動可能とする
   ことを特徴する加熱装置。

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