專利名稱：帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法以及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于對在外周表面具有凸條的軸狀構件的表層部分進行感 應加熱的方法以及裝置，詳細地說，涉及以在自身的外周表面具有沿著橫 切自身的軸線的方位延伸的凸條的軸狀構件為感應加熱的對象，將感應器 與該軸狀構件接近配置，向該感應器中饋送高頻電流(高頻通電)，由此 在軸狀構件的表層部分產生感應電流，從而對軸狀構件的凸條和基底周面 進行感應加熱的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法，以及適于實施該方法 的感應加熱裝置。
背景技術：
以往，作為對帶凸條的軸狀構件的表層部分進行感應加熱的技術，已 知有在圓周方向饋電(通電)的技術和在軸線方向通電的技術(例如參照專利文獻l)，所以對于該以往4支術，參照圖7~圖9，將對本發明的說明 有利的部分摘出來進行^沈明。首先，參照圖7(a) ~ (e)對作為感應加 熱的對象的帶凸條的軸狀構件進行說明，接下來參照圖7 (f)以及圖8對 僅在圓周方向通電的感應加熱進行說明，然后參照圖7 (g)以及圖9僅在軸線方向通電的感應加熱進行說明。圖7是與作為感應加熱的對象的帶凸條的軸狀構件10有關的圖，(a) 是軸徑固定的帶凸條的軸狀構件10的平面圖，(b)是軸徑變化的帶凸條 的軸狀構件10的平面圖，(c)是大直徑軸部16的放大圖，(d)是小直 徑軸部14的放大圖，(e)是帶凸條的軸狀構件10的平面圖。在外周表面具有凸條的軸狀構件中，射出成形機、擠壓成形機等中所 使用的螺旋構件，在自身的外周表面具有沿著橫切(橫過，across)自身的軸線的方向延伸的凸條。在這樣的凸條相比軸線方向更多地是沿圓周方向上延伸的帶凸條的軸狀構件10中，在作為軸部的外圓周面的基底圓周面 11上螺旋狀地巻繞有螺紋牙狀的凸條12 (參照圖7)，其中有軸徑固定的 類型和軸徑變化的類型。軸徑固定的軸狀構件IO，除了為了由卡盤等進行 保持而沒有凸條12的驅動端部13以外，軸部直徑即基底圓周面11的直徑 (外徑)在凸條12的形成范圍的整個區域上都相同(參照圖7(a))。與此相對，在軸徑變化的軸狀構件IO中，在凸條12的形成范圍內基 底圓周面11的直徑變化。在螺旋構件的典型例中(參照圖7 (b))，驅 動端部13附近的小直徑軸部14U底圓周面11的直徑較小的平行部，與 其相鄰的中等直徑軸部15A^底圓周面11的直徑變化的斜坡部(錐形部)， 其前端的包含從動端部的大直徑軸部16 U底圓周面11的直徑較大的平 行部。驅動端部13的直徑和凸條12的外徑的大小與軸徑固定還是軸徑變化 無關地各種各樣，但凸條12的外徑即軸狀構件的外徑D (參照圖7、圖8、 圖9)，與軸徑固定還是軸徑變化無關，在凸條12的形成范圍內大致固定。 因此，在軸徑變化的軸狀構件10的情況下(參照圖7(b))，在大 直徑軸部16處凸條12較低從而基^底圃周面11變為淺底(參照圖7(c)), 在小直徑軸部14處凸條12較高從而基底圓周面11變為深底(參照圖7 (d))。在這樣的軸狀構件IO中，在比凸條12的形成范圍稍大的范圍的表面 上，形成有由例如自熔合金的噴鍍膜構成的多孔性底被覆層，為了對其實 施熔化處理從而《吏其致密化，對包含該覆蓋層的加熱區域17進行感應加熱 (參照圖7 (e))。圖7 (f)是移動加熱用的圓周方向饋電感應器22和帶凸條的軸狀構件 IO的平面圖，圖8是與以往的圓周方向饋電的感應加熱技術有關的圖，(a) 是帶凸條的軸狀構件10的中央部分的平面圖，(b)是其部分放大圖，(c) 是帶凸條的軸狀構件10的側視圖(端面圖)，(d)是其部分放大圖。另 夕卜，圖8 (b)中的帶中心點圓圏表示貫穿紙面的電流，圖8 (d)中的帶箭頭雙點劃線表示沿著紙面的電流。圓周方向饋電感應器22，是具有在沿著軸狀構件10的圓周方向的方 向上饋電的感應作用部的例如短的(寬度窄的)環狀感應器，通過其圓周 方向饋電(參照圖7 (f)的帶箭頭雙點劃線)從而在軸狀構件10內產生沿 著軸狀構件10的軸線方向的磁通量，由此在軸狀構件10的外圓周面上產 生圓周方向的感應電流。該圓周方向的感應電流，在凸條12以;5L^底圓周 面11中，在與圓周方向饋電感應器22相對的環狀區間大致沿著凸條12 流動(參照圖8 (b)中的帶中心點圓圈以及圖8 (d)中的帶箭頭雙點劃 線)，對該環狀區間加熱，使其升溫。從而，通過該傳熱使該部位的底覆 蓋膜也核加熱而熔化。因此，通過使圓周方向饋電感應器22向軸狀構件 IO的軸線方向移動，能夠對加熱區域17的整體進4亍感應加熱。圖7 (g)是一次加熱用的軸線方向饋電感應器21和帶凸條的軸狀構 件10的平面圖，圖9是與以往的圓周方向通電的感應加熱技術有關的圖， (a )是帶凸條的軸狀構件10的中央部分的平面圖，(b)是其部分放大圖，(c) 是帶凸條的軸狀構件10的側視圖(端面圖)，(d)是其部分放大圖。 另外，圖9 (b) 、 (d)中的帶箭頭雙點劃線表示沿著紙面的電流，圖9(d) 中的帶中心點圓圈表示貫穿紙面的電流。 軸線方向饋電感應器21,是具有在沿著軸狀構件10的軸線方向的方向上饋電的感應作用部的例如鞍形感應器，通過其軸線方向饋電(參照圖 7 (g)的帶箭頭雙點劃線)從而在軸狀構件IO內產生在與軸狀構件10的 軸線垂直的面內通過的磁通量，由此在軸狀構件10的外圓周面上產生軸線 方向的感應電流。該軸線方向的感應電流，在凸條12以瓦基底圓周面11 中，在與軸線方向饋電感應器21相對的部分上在橫切凸條l2的同時在軸 線方向上流動(參照圖9 (b)中的帶箭頭雙點劃線以及圖9 (d)中的帶 中心點圓圏、帶箭頭雙點劃線)，對所勤目對部分加熱，使其升溫。從而， 通過該傳熱使該部位的底覆蓋膜升溫熔化。軸線方向饋電感應器21的感應 作用部沿著軸狀構件10的軸線配置在軸狀構件10的加熱區域n的全長 上，所以通過一邊〗吏軸狀構件10圍繞軸心旋轉一邊對軸線方向饋電感應器21饋送高頻電流，能夠一次對加熱區域17的整體進行感應加熱。在這樣的以往的感應加熱技術的情況下，在由圓周方向通電進行的移 動加熱中生產率較差，所以雖然試行由軸線方向通電進行的一次加熱，但 在帶凸條的軸狀構件10的感應加熱中，當在通常的饋電頻率下進行軸線方 向饋電的感應加熱時，凸條12的加熱與基底圓周面ll相比不足，所以將 饋電頻率設定得比通常高，以使基于饋電頻率的電流擴散深度為感應電流 的方向上的凸條12的寬度的1/2.5以下(參照專利文獻1)。此時，例如 在凸條寬度t設為6mm時，軸狀構件10的表面溫度超過磁性轉變點時的 饋電頻率被設定為65kHz左右。專利文獻l:特開2003-243144號7〉才艮但是，使饋電頻率高于25kHz，就會招致高頻電源的成本上升。這是 因為，作為適于大電流的高速切換的容易得到的開關元件，在高頻電源的 輸出段電路等中多采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵 雙極晶體管)，但現狀是為了使低價的IGBT長時間穩定工作，推薦在 25kHz以下使用，所以要想采用上述的65kHz左右的高饋電頻率，只有無 視上述的低價的高頻電源的壽命地在該電源上加上高負載，或者為了適應 高頻率而導入高價的高頻電源，所以會伴隨著成本上升。另外，如果使用使饋電方向從軸線方向向圓周方向迂回的迂回類型感 應器，感應電流橫切凸條12時的有效寬度擴大，所以能夠使軸狀構件10 的表面溫度超過磁性轉變點時的饋電頻率降為20kHz左右(參照專利文獻 1)。尤其是，這樣的迂回類型感應器為特殊的形狀，所以要采用該感應器， 不但需要制造感應器的時間、使成本上升，而且設置操作不容易，進而在 其后的調整操作中，有時還需要對試行錯誤的感應器進行改造等工時，使 施工費用大幅度上升。另外，在這些以往的感應加熱技術中，不管是圓周方向饋電類型的，軸線方向饋電類型的還是使饋電方向從軸線方向向圓周方向迂回類型的， 在應用于軸徑變化的帶凸條的軸狀構件10時都會有調整困難的問題。即， 如后面詳細敘述，對于加熱對象物的感應加熱對象面的到達溫度u，具有感應加熱對象面與感應器的感應作用部的相對間隔g越小到達溫度U越高、相對間隔g越大到達溫度u越低的傾向，所以要將凸條12的到達溫度u 調整為適當溫度，則基底圓周面11的升溫不足；另一方面，要將基底圓周 面11的到達溫度u調整為適當溫度，則凸條12會過熱。因此，即使在以軸徑固定的軸狀構件為對象時，為了使向到達溫度的 升溫均勻化而調整相對間隔g也需要時間，何況在以凸條12的外徑固定、 僅基底圓周面11隨部位不同而變化的軸徑變化的軸狀構件IO為對象時， 要想在加熱區域17的整個區域更好地調整相對間隔g等，是非常難的問題。發明內容因此，技術課題在于沿襲生產率優異的一次加熱方式，而且為了避 免成本上升而將饋電頻率降到IGBT的推薦水平，同時在抑制成本上升的 同時即4吏對于軸徑變化的軸狀構件也能容易地進行升溫均勻化的調整。本發明的帶凸條軸狀構件的感應加熱方法(第一技術方案)，是為了 解決這樣的課題而發明的，所述軸狀構件在自身的外周面上具有沿著橫切 自身的軸線的方位延伸的凸條，所述感應加熱方法通過將感應器與該軸狀 構件接近配置并對該感應器饋送高頻電流，由此4吏所述軸狀構件的表層部 分產生感應電流，來感應加熱該軸狀構件，其特征在于作為所述感應器， 同時配置有第 一感應器和第二感應器，在使所述軸狀構件沿著軸心旋轉的 同時對該第一感應器和第二感應器饋送高頻電流，由此進行所述感應加熱。 其中，所述第一感應器具有在所述軸狀構件的待加熱區域的整個長度上沿 著所述軸線的方向配置的、在沿著該軸線的方向上被饋電的感應作用部，量。而且，所述第二感應器具有在沿著所述軸狀構件的圓周方向的方向上 被饋電的感應作用部，從而在該軸狀構件內產生與由所述第一感應器產生 的磁通量垂直的即沿著所述軸狀構件的軸線的方向上的磁通量。另外，本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第二技術方案)， 如上述第一技術方案記栽的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法所述，其特征還在于作為所述第二感應器，配備有能夠對所述軸狀構件的軸線方向 的部分區間進行感應加熱的感應器；在使該感應器在所述軸狀構件的軸線 方向上移動的同時對該感應器饋送高頻電流，從而對所述軸狀構件在其待 加熱區域的整個長度上進行感應加熱。進而，本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第三技術方案)， 如上述第一和第二技術方案記載的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法所 述，其特征還在于將所述第一感應器的感應作用部與所述軸狀構件上占 所述凸條的谷底的基底周面之間的相對間隔設定為使得該基底周面的升溫 在所述軸狀構件的軸線方向上均勻，從而進行所述感應加熱。另外，本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第四技術方案)， 如上述第一至三技術方案記載的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法所述， 其特征還在于在使所述軸狀構件升溫到超過其磁性轉變點的溫度時，將 該軸狀構件的外徑D、以及都在超過磁性轉變點的溫度區域下的體積電阻 率p和比磁導率u的值代入下述式(1)，求出以所述第二感應器的超過磁 性轉變點的溫度區域為目的(本位)的適宜饋電頻率區域，然后將該頻率 區域內的高頻饋電適用于所述第 一感應器和所述第二感應器雙方；其中所 述式(1)，是4艮據7>知知識求取與由所述第二感應器在所述軸狀構件的圓 周方向上產生所述感應電流的形式的感應加熱相對應的、饋電頻率fl的以 加熱效率為目的的適宜區域的公式。另外，本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第五技術方案)， 如上述第二至四技術方案記載的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法所述， 其特征還在于通過調整向所述第一感應器輸入的電功率，從而進行對于 所述軸狀構件上占所述凸條的谷底的基底周面的升溫的調整；對于所迷第 二感應器，配備能夠對所述軸狀構件的軸線方向的短區間進4亍感應加熱的 感應器，通過調整向該感應器輸入的電功率及該感應器的上述軸線的方向 上的移動速度的至少一方來進行所述凸條的升溫的調整。另外，本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第六技術方案)， 如上述第一至五技術方案記載的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法所述，其特征還在于為了對在前一工序中形成于所述軸狀構件的表面上的金屬 類的,t霞層(底纟t菱層)實施熔化處理而進行所述感應加熱。另夕卜，本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱裝置(第七技術方案)， 其特征在于，包括軸狀構件支撐旋轉裝置，其支撐所述軸狀構件并使該 軸狀構件圍繞軸心旋轉；第一感應器，其具有在由所述支撐旋轉裝置支撐 著的所述軸狀構件的待加熱區域的整個長度上沿著所述軸狀構件的軸線配 備的、在沿著該軸線的方向上被饋電的感應作用部；第二感應器，其具有 以與所述軸狀構件的軸線方向的待加熱的區間長度相當的寬度沿著該軸狀 構件的圓周方向配置、在沿著該圓周方向的方向上被饋電的感應作用部； 感應器移動機構，其用于使該第二感應器在所述軸狀構件的軸線方向上移 動；和用于向所述第一感應器和第二感應器分別饋送高頻電流的兩個高頻 電源。發明效果在這樣的本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第一技術方案) 中，對升溫需要電功率和時間的軸部，應用遍;o口熱區域的整個長度的軸 線方向饋電的第一感應器，同時一邊使軸狀構件圍繞軸心旋轉一邊進行感 應加熱，由此沿襲一次加熱方式；另一方面，對于熱容量比軸部小、與軸 部不同、在軸線方向饋電時必需將饋電頻率設定得較高的凸條，使用不將 饋電頻率設定得較高便可以的圓周方向饋電的第二感應器，由此能夠將饋 電頻率維持在IGBT的推薦水平。另外，軸線方向饋電的第一感應器和圓 周方向饋電的第二感應器的磁通量大致垂直，所以即使同時饋電，各自也 是處于大致獨立狀態，即根本不會受到對方的影響地作用于帶凸條的軸狀 構件。而且，通過將軸部與凸條的感應加熱分擔到這樣的第一、第二感應器 上，從而單獨進行軸部與第一感應器的相對間隔等的調整、和凸條與笫二 感應器的相對間隔等的調整，這樣微調整不需要另外的大規模的組合調整。 在單獨調整中唯一地確定加熱對象物的感應加熱對象面與感應器的感應作 用部的相對間隔，具體地說基底圓周面與笫一感應器在實際的作用中一對一地相對向、凸條與第二感應器在實際的作用中一對一地相對向，所以與 一個感應器以基底圓周面和凸條雙方一起為主要加熱對象的聯合類型的以 往方法相比，單獨調整容易得多，能夠迅速且可靠地進行。因此，能夠進 行升溫偏差小的適當的感應加熱，熱處理的品質得到提高。因此，根據本發明，能夠實現成本不高便能高效生產出優質品的帶凸 條的軸狀構件的感應加熱方法。另外，對于第一感應器對帶凸條的軸狀構件的軸部的基底圓周面的感 應加熱作用和第二感應器對帶凸條的軸狀構件的凸條的感應加熱作用，為了提高獨立性，優選的是對第一感應器的感應作用部與軸部的基底圓周 面的相對間隔適當進行調整，以使僅通過第一感應器的高頻饋電和軸狀構 件的旋轉，軸部的基底圓周面的溫度變為一樣；同時，將第一感應器的饋 電頻率設定得較低，以使通過第一感應器的軸線方向饋電而在軸狀構件的 表層面上引起的感應電流不會大量流向凸條，將擴散(滲透)深度設為比 凸條的寬度的一半深的程度。另外，在本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第二技術方案) 中，通過對第二感應器采用移動加熱方式，第二感應器和其高頻電源都小 型化，所以即使將加熱裝置設成獨立兩個系統，也能將成本上升抑制為較 小。另外，應用了第二感應器的凸條的熱容量較小，而且外徑大致一定， 所以即使在移動加熱方式中，也與也應用在軸部的以往技術不同，在本發 明中僅應用于凸條，所以能夠迅速且小電功率地完成熱處理。進而，在本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第三技術方案) 中，在上述的單獨調整中執行了第一感應器的感應作用部與軸狀構件的基 底圓周面的相對間隔調整，軸部的基底圓周面的升溫在軸線方向上也變為 均勻。另外，該調整的具體的順序，在后面的第5實施方式的說明時詳細 敘述。另夕卜，在本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第四技術方案) 中，在饋電頻率選定時，求出第二感應器的以超過磁性轉變點的溫度區域 為目的的適宜饋電頻率區域，將該頻率區域內的高頻饋電適用于第一感應器和第二感應器雙方，由此即使增加感應器，饋電頻率的選定作業也一次 即可完成。另外，如后面的第五實施方式所詳細敘述，第一感應器的超過 磁性轉變點的溫度區域為目的的適宜饋電頻率區域的下限比第二感應器的 超過磁性轉變點的溫度區域為目的的適宜饋電頻率區域的下P艮低，所以即 使進行上述那樣的適用也不會有問題。另外，在本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第五技術方案) 中，利用如上所述將加熱裝置設為獨立的兩個系統，除了上述的運行前的 單獨調整，在運行中也單獨進行升溫的調整。即，軸狀構件的基底圓周面 的升溫的調整通過向第一感應器輸入的電功率的調整而進行，軸狀構件的 凸條的升溫的調整通過向第二感應器輸入的電功率的調整以及第二感應器 的軸線方向移動速度的調整中的任意一方或雙方的調整而進行。由此，即 使在裝置、設備的設置后，也能夠不進行以感應器為首的裝置等的改造而 容易地進行調整。另夕卜，在本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法(第六技術方案) 中，對在前一工序中形成于軸狀構件的表面上的金屬類的被覆層實施熔化 處理，由于該熔化處理是使用上述本發明加熱方式而進行的，所以不需要 較大的成本，而且實現了加熱溫度的均勻化，能高效地進行良好的熔化處 理。另夕卜，在本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱裝置(第七技術方案) 中，能夠使用可實現成本不高便能高效生產出優質品的上述笫 一技術方案 所述的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法，也能夠使用即使將加熱裝置設 成獨立兩個系統也能將成本上升抑制得較小的上述第二技術方案所述的帶 凸條的軸狀構件的感應加熱方法。而且，由于加熱裝置以除了感應器以外 還包括高頻電源的完全的形態成為獨立兩個系統，所以當然調整的自由度 更高，在不存在給電系統的互相干涉的方面也優異，設計、控制的自由度 也較高，減輕了負載、負擔。
圖l是與本發明的概要有關的圖，(a)是軸徑變化的帶凸條的軸狀構 件的平面圖，(b)是圓周方向饋電感應器、軸線方向饋電感應器和帶凸條 的軸狀構件的平面圖，(c)是帶凸條的軸狀構件的中央部分的平面圖，， (d)是其部分放大圖，(e)是帶凸條的軸狀構件的側視圖(端面圖)， (f)是其部分放大圖；圖2是與本發明的一個實施方式(第一方式)有關的圖，(a)感應加 熱裝置的立體圖，(b)是圓周方向饋電感應器、軸線方向饋電感應器和帶 凸條的軸狀構件的立體圖，(c)是其A-A剖面向視圖；圖3是與本發明的其他實施方式(笫二方式)有關的圖，(a)是感應 加熱裝置的立體圖，(b)是圓周方向饋電感應器、軸線方向饋電感應器和 帶凸條的軸狀構件的立體圖，(c)是其A-A剖面向視圖；圖4是與本發明的其他實施方式(第三方式)有關的圖，表示感應器 的感應作用部與帶凸條的軸狀構件的基底圓周面的相對間隔的設定方法， (a)是帶凸條的軸狀構件的軸部的平面圖，(b)是軸線方向饋電感應器 和帶凸條的軸狀構件的軸部的平面圖；圖5是本發明的實施例1中帶凸條的軸狀構件的平面圖；圖6是本發明的實施例2中帶凸條的軸狀構件的平面圖；圖7是與作為感應加熱的對象的帶凸條的軸狀構件有關的圖，(a)是 軸徑固定的帶凸條的軸狀構件的平面圖，(b)是軸徑變化的帶凸條的軸狀 構件的平面圖，(c )是大直徑軸部的放大圖，(d)是小直徑軸部的放大 圖，(e)是帶凸條的軸狀構件的平面圖，(f)是移動加熱用的圓周方向 饋電感應器和帶凸條的軸狀構件的平面圖，(g)是一次加熱用的軸線方向 饋電感應器和帶凸條的軸狀構件的平面圖；圖8是與圓周方向饋電的以往技術有關的圖，(a)是帶凸條的軸狀構 件的中央部分的平面圖，(b)是其部分放大圖，(c)是帶凸條的軸狀構 件的側視圖(端面圖)，(d)是其部分放大圖；圖9是與軸線方向饋電的以往技術有關的圖，(a)是帶凸條的軸狀構 件的中央部分的平面圖，(b)是其部分放大圖，(c)是帶凸條的軸狀構件的側視圖(端面圖)，(d )是其部分放大圖。 標號說明IO...軸狀構件(帶凸條的軸狀構件、螺旋構件)ll...基底圓周面(軸部表面)12...凸條(螺紋牙部) 13...驅動端部 14...小直徑軸部(平行部) 15...中直徑軸部(斜坡部、錐形部) 16...大直徑軸部(平行部) 17...加熱區域21...軸線方向饋電感應器(圓周方向磁通量產生感應器、第一感應器)22...圓周方向饋電感應器30...感應加熱裝置32…圓周方向饋電感應器(軸線方向磁通量產生感應器、第二感應器)33...從動端支撐W^34...驅動端支撐^J35...電動馬達(旋轉機構)36...軸線方向饋電用高頻電源37...圓周方向饋電用高頻電源50...感應加熱裝置51...軸線方向饋電感應器(第一感應器) 52...圓周方向饋電感應器(第二感應器)
具體實施方式
首先引用圖l對本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法的棲^要進 行說明，接下來對本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱裝置的幾個實施 方式(笫一、第二方式)進行說明，然后對基底圓周面(軸狀構件的軸部) 與軸線方向饋電感應器(第一感應器)之間的相對間隔的具體的設定方法(第三方式)進行說明。圖l表示本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法的概要，u)是 軸徑變化的帶凸條的軸狀構件io的平面圖，(b)是該軸狀構件io、鞍形的軸線方向饋電感應器21 (第一感應器)和圓周方向饋電感應器22 (第二 感應器)的平面圖，(c)是帶凸條的軸狀構件10的中央部分的平面圖， (d)是其部分放大圖，(e)是帶凸條的軸狀構件10的側視圖(端面圖)， (f)是其部分放大圖。另外，在圖1 (d) 、 (f)中，帶中心點圓圏表示 貫穿紙面的電流，帶箭頭雙點劃線表示沿著紙面的電流。在本發明中，加熱對象物與以往同樣，是射出成形機、擠壓成形機等 中所使用的螺旋構件那樣的帶凸條的軸狀構件10，該軸狀構件10 (參照圖 1 (a))，在自身的外周表面具有沿著橫切自身的軸線的方位延伸的凸條。 只要由能夠進行感應加熱的鋼材等構成母材，可以在加熱區域17上實施被 覆，也可以不實施，另外，在加熱區域17軸部的直徑可以固定也可以變化。 通過將饋電方向不同的兩個感應器21 、22接近這樣的軸狀構件10配置(參 照圖1 (b))，并向這些感應器21、 22中饋送高頻電流，從而在軸狀構 件10的表層部分產生感應電流，以對軸狀構件10進行感應加熱。作為該感應器之一的軸線方向饋電感應器21 (第一感應器)，為與以 往相同的例如鞍形感應器，具有沿著軸狀構件10的軸線配置在軸狀構件 10的加熱區域17的全長上、在沿著該軸線的方向上饋電的感應作用部。 從而，在從未圖示的高頻電源向軸線方向饋電感應器21饋送高頻電流時， 在軸狀構件10內產生在與軸線垂直的面內通過的磁通量，由此在軸狀構件 IO的表層部分內流過軸線方向的感應電流。此時，在饋電頻率處于適當的 范圍內時，具體地說，在將軸線方向饋電感應器21的饋電頻率設定得比較 低，以使超過磁性轉變點的溫度區域下的擴散深度&超過凸條寬度t的一 半時，在軸狀構件10的軸部的基底圓周面11中流過高密度的感應電流(參 照圖1 (d)中的帶箭頭雙點劃線以及圖1 (f)中的帶中心點圓圏)，在軸 狀構件10的凸條12中基本上不流過感應電流。另外，上述感應器中剩下的圓周方向饋電感應器22 (第二感應器)，是一邊在軸狀構件10的軸線方向移動一邊工作的感應器，也可以是與已經敘述過的以往同樣的短的(寬度窄的)環狀感應器，但從配合的情況和間 隙設定的自由度等觀點出發，優選為短的(寬度窄的)圓弧狀感應器(參照后述的圖3的感應器52)。在任何一種方式中，圓周方向饋電感應器22 都具有在沿著軸狀構件10的圓周方向的方向上饋電的感應作用部。從而， 在從未圖示的高頻電源向圓周方向饋電感應器22饋送高頻電流時，在軸狀 構件10內產生沿著與由軸線方向饋電感應器21產生的磁通量垂直的軸線 的方向的磁通量，由此在軸狀構件10的表層部分中在軸線方向的一部分區 間內流過圓周方向的感應電流。此時，由于與凸條12的耦合系數比與基底 圓周面11的耦合系數大，所以在對圓周方向饋電感應器22與凸條12的頂 部的相對間隔等進行調整后，在軸狀構件10的凸條12中流過高密度的感 應電流(參照圖1 (d)中的帶中心點圓圏以及圖1 (f)中的帶箭頭雙點劃 線)，在軸狀構件10的軸部的基底圓周面11中基本上不流過感應電流。此時，軸線方向饋電感應器21和圓周方向饋電感應器22的饋電頻率 都被設定為IGBT的推薦水平，使用低價的高頻電源使義夠。另外，軸線 方向饋電感應器21的調整與軸狀構件10的軸部的基底圓周面11有關地進 行，圓周方向饋電感應器22的調整與軸狀構件10的凸條12有關地進行， 通過分別地進行這些調整，基底圓周面11和凸條12都迅速且可靠地升溫， 從而,皮感應加熱。另夕卜，當對軸線方向饋電感應器21以適當的饋電頻率饋送高頻電流從 而進行軸線方向全長的加熱時，軸狀構件10的表層面中凸條12以外的基 底圓周面11 (槽底部)的溫度在超過磁性轉變點后還順利地上升從而達到 所希望的處理溫度。此時，凸條12的溫度由于來自基底圓周面11的熱傳 導多少有些上升，但在磁性轉變點附近達到飽和從而不會繼續升溫，所以 僅通過由軸線方向饋電感應器21進行的感應加熱無法到達處理溫度。當在 該狀態下，向圓周方向饋電感應器22饋送高頻電流從而進行圓周方向的感 應加熱時，包括磁性轉變點附近的升溫停止的解除在內，能夠以很少的電 功率迅速地將凸條12的溫度上升到所希望的溫度。這樣先進行軸線方向的全長加熱，接下來進行凸條的加熱，在感應器22通過時的基底圓周面11 的升溫狀態在長度方向均勻這一點上比較合理，但即使同時加熱，只要條 件具備便不會有問題。對于本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱裝置的一個實施方式(第 一方式)，引用附圖對其結構進行說明。圖2中，(a)是感應加熱裝置 30的立體圖，(b)是軸線方向饋電感應器21、圓周方向饋電感應器32 和帶凸條的軸狀構件10的立體圖，(c)是其A-A剖面向視圖。該感應加熱裝置30 (參照圖2 (a))，為了在對帶凸條的軸狀構件 10進行感應加熱時能夠獨立地控制基底圓周面11的升溫控制和凸條12的 升溫控制，包括用于通過向軸線方向的全長輸入熱量和軸狀構件10的旋 轉對軸部的基底圓周面11進行一次加熱的軸線方向饋電感應器21 (第一 感應器)，用于通過向軸線方向的全長輸入熱量和軸狀構件10的旋轉對凸 條12進行一次加熱的圓周方向饋電感應器32 (第二感應器)，水平支撐 軸狀構件10從而使其圍繞軸心旋轉的軸狀構件支撐旋轉裝置33~35，和 用于向感應器21、 32分別饋送高頻電流的兩個高頻電源36、 37。高頻電源36、 37,都是感應加熱用的一般的電源裝置(例如參照特開 2005-120415)，作為規格所要求的饋電頻率不超過25kHz，所以在頻率輸 出段電路上使用IGBT等的比較低價的部件即可。在該例子中高頻電源36、 37都固定設置。其中，高頻電源36，是向軸線方向饋電感應器21饋送高 頻電流的電源，輸出大，所以為例如水冷式的。另一方面，高頻電源37 是向圓周方向饋電感應器32饋送高頻電流的電源，輸出小，所以為例如風 冷式的。軸狀構件支撐旋轉裝置33~35,為了將軸狀構件IO保持為水平，包 括將軸狀構件10的從動端部支撐得能夠繞軸旋轉的軸承等從動端支撐機 構33，和將軸狀構件10的驅動端部13保持得能夠旋轉傳動的卡爪等驅動 端支撐機構34。還包括使軸狀構件10圍繞軸心旋轉的旋轉驅動用的電動 馬達35，其旋轉輸出軸直接或經由適當的傳動機構、調心機構而連結在驅 動端支撐機構34上。除此之外，還適當設置有未圖示的位置調整機構、電氣絕緣用構件、散熱用構件、安全確保用構件等。軸線方向饋電感應器21 (參照圖2 (b) 、 (c))，如上所述是鞍形 的感應器，具有沿被水平支撐在軸狀構件支撐旋轉裝置33 ~ 35上的軸狀構 件10的加熱區域17的全長的感應作用部，該感應作用部由銅等電的良導 體構成，沿著軸狀構件10的軸線配備。從而，在從軸線方向饋電用高頻電 源36饋送高頻電流時，該高頻電流向沿著軸狀構件10的軸線的方向(在 該例子中是平行地)流動。雖然省略了圖示，但ii可以進行由適當的通水 等進行的強制冷卻。圓周方向饋電感應器32 (參照圖2 (b) 、 (c)),具有在被軸狀構 件支撐旋轉裝置33 ~ 35水平支撐的軸狀構件10的加熱區域17的全長上的 感應作用部，該感應作用部由銅等電的良導體構成，沿著軸狀構件10的軸 線配備。感應作用部為與將圓筒縱向大致兩等分之后的半圓筒接近的形狀， 它被配置在偏靠軸狀構件10的內側。另外，在感應作用部的外側配置與分 割半圓筒接近的形狀的良導體，所謂的分割半圓筒是把將半圓筒再縱向兩等分之后的四分之一圓筒并列起來而成的，這些內外重疊配置的半圓筒彼 此在圓周方向的兩端互相短路，外側的分割半圓筒的分割端被分別連結在 圓周方向饋電用高頻電源37的電流輸出構件上。從而，在從圃周方向饋電 用高頻電源37饋送高頻電流時，該高頻電流向沿著軸狀構件10的圓周方 向的方向(在該例子中是在與軸心垂直的面內圓弧狀地)流動。雖然省略 了圖示，但還可以進行由適當的通水等進行的強制冷卻。這些感應器21、 32,為了不會M性地干涉，夾著軸狀構件10分開 配置在互相相反一側(在圖中是上下隔離地相對配置)。另外，對于感應 作用部，如上所逸磁通量在軸線方向和圓周方向上垂直，所以沒有磁性的 干涉，但在為了在除感應作用部以外的場所也消除由交鏈(磁鏈)等引起 的磁性干涉，從而需要附加千涉回避部件時，也可以例如確保充分的迂回 通路或適當配置未圖示的強磁性體。在^f吏用該感應加熱裝置30對帶凸條的軸狀構件10進行感應加熱時， 在使感應器21、 32的感應作用部與軸狀構件10的加熱區域n相對的狀態下， 一邊用電動馬達35使軸狀構件10圍繞軸心旋轉， 一邊從高頻電源36 向軸線方向饋電感應器21饋送高頻電流，同時從高頻電源37向圓周方向 饋電感應器32饋送高頻電流，由此與上述的本發明的帶凸條的軸狀構件的 感應加熱方法的概要大致同樣地，對軸狀構件10的加熱區域17的表層面 進行感應加熱。但是，圓周方向饋電感應器32與圓周方向饋電感應器22 不同，是一次加熱方式的，所以不進行圓周方向饋電感應器32的移動。這里， 一邊參照附圖(圖2 (c)、圖1 (c) ~ (f)、圖9 (b))和 下面的式1 式3，對感應器21、 32的饋電頻率的選定進行詳細敘述。圖 2(c)是軸線方向饋電感應器21、圓周方向饋電感應器32和帶凸條的軸 狀構件10的A-A剖面向視圖。另外，圖1中，(c)是軸狀構件10的中 央部分的平面圖，(d)是其部分放大圖，(e)是軸狀構件10的側視圖(端 面圖)，(f)是其部分放大圖。進而，圖9 (b)是與圖1 (d)相對比的 圖，是軸狀構件10的凸條12周圍的放大圖。另外，在圖1 (d) 、 (f)、 圖9(b)中，帶中心點的圓圏表示貫穿紙面的電流，帶箭頭的雙點劃線表 示沿著紙面的電流。該式1是用于求得效率最高地對外徑D (cm)的圓柱狀被加熱物進行感應加熱的饋電頻率fl的下限的公知計算式。因此，該式表示這樣的頻率區域，其中感應電流的擴散深度& (-5.03 V" (p/ (juf) I )相對于圓柱件外徑D的比例滿足感應電流在該被加熱物形 狀中高狄熱的公知務fr
(S/D) S (1/2.5)〗。式1<formula>formula see original document page 20</formula> :饋電頻率(Hz) p :體積電阻率 (〃Q-cm) 〃 比磁導率<formula>formula see original document page 21</formula>式2該式2是用于求得效率最高地對厚度D( cm )的平板狀被加熱物進行 感應加熱的饋電頻率O的下限的7>知計算式。因此，該式表示這樣的頻率區域，其中感應電流的擴散深度S (=5.03 V 1p/ (//ft 1 )相對于平板的厚度D的比例滿足感應電流在該被加熱物形 狀中高狄熱的么^p務泮[(5/D) 5 (1/3.5) 1。[式3<formula>formula see original document page 21</formula>該式3是用于求得效率最高地對厚度t ( cm)的平板狀被加熱物進行 感應加熱的饋電頻率B的下限的7>知計算式。因此，該式表示這樣的頻率區域，其中感應電流的擴散深度3 (-5.(B (1p/ ("f) 1 )相對于平板的厚度t的比例滿足感應電流在該祐力。熱物形狀 中高效發熱的公知M[ (S/t) 5 (1/3.5) 1。另外，上述式1 ~式3中的體積電阻率(volume resistivity) p、比磁 導率(specific magnetic permeability)^是帶凸條的軸狀構件10的母材的物 理性質值，是超過其磁性轉變點的溫度區域下的值。在為了適用于帶凸條的軸狀構件10的感應加熱而將這些式子適用于 各感應器的高頻饋電時(參照圖2 U),圖1 (c) ~ (f))，上述式1 適用于由感應器32進行的本發明的圓周方向饋電，能夠適用于基底圓周面 11也能夠適用于凸條12。上述式2適用于由感應器21進行的本發明的軸線方向饋電，能夠適用于基底圓周面11，但不能夠適用于凸條12。上述式 3適用于僅由感應器21進行的以往的軸線方向饋電，能夠適用于基底圓周 面11也能夠適用于凸條12。在將式2和式1與式3相比時，其中所述式2用于通過感應器21僅高 效地加熱基底圓周面11，所述式1用于通過圓周方向饋電感應器32高效 地加熱凸條12,所述式3也能用于通過軸線方向饋電感應器21高效地加 熱凸條12，在螺旋構件等帶凸條的軸狀構件IO中，相對于軸狀構件外徑D 為數cm，凸條寬度t為數mm，所以滿足式3的區域的向軸線方向饋電感 應器21的饋電頻率f3，與滿足式2的區域的向軸線方向饋電感應器21的 饋電頻率O和滿足式1的區域的向圓周方向饋電感應器32的饋電頻率n 相比，下限頻率相差較大。由此可知，對于基于式2的饋電頻率f2的區域中不滿足基于式3的饋 電頻率f3的區域的頻率區域(頻帶)，在由該頻率進行的軸線方向饋電中， 雖然進行基底圓周面11的加熱，但不進行凸條12的加熱。其原因是，在 感應電流橫切螺紋牙狀的凸條12而流動時，在凸條12的牙中上下流動的 感應電流的擴散深度S上下疊加，感應電流抵消，所以無法有效地對該深 度進行加熱。特別是，在擴散深度3比凸條寬度t的一半還深時，抵消的 影響就會纟艮明顯。在滿足式3的向軸線方向饋電感應器21的饋電頻率B 下，感應電流的抵消很少，所以在凸條12中也流過感應電流(參照圖9(b) 的雙點劃線)，但在滿足式2但不滿足式3的向軸線方向饋電感應器21 的饋電頻率f2下，感應電流4氐消，所以雖然感應電流在基底圓周面11中 流動，但在凸條12中很少流動(參照圖1 (d)的雙點劃線)。另外，如果將用于通過感應器21高效加熱基底圓周面11的式2與用 于通過圓周方向饋電感應器32高效加熱凸條12的式1相比較，式1比式 2條件更嚴格，所以如果滿足式l，便同時滿足式2。換言之，滿足式l的 區域中的向圓周方向饋電感應器32的饋電頻率fl，能夠兼用作滿足式2 的區域中的向軸線方向饋電感應器21的饋電頻率f2,對由感應器M產生 的圓周方向感應電流有利的頻率變為對由感應器21產生的軸線方向感應電流也有利的頻率。因此，通過^f吏用上述式l選定適當的饋電頻率fl，并將其同時設定給軸線方向饋電用高頻電源36和圓周方向饋電用高頻電源 37，由此能夠一次使饋電頻率的選定操作結束。這樣，感應加熱裝置30的饋電頻率僅使用遵照上述式1的饋電頻率fl 即可。因此，從該饋電頻率fl的區域的下限(-2kHz)到25kHz左右的頻 率范圍的高頻交流，能夠通過卩吏用了 IGBT等的批量元件的低價的電源裝 置有利地供給。然后，在使用了感應加熱裝置30的感應加熱中，軸狀構件10的軸部 的基底圓周面11的加熱，通過由感應器21產生的軸線方向感應電流充分 供應；另一方面軸狀構件10的凸條12的加熱，通過難以產生凸條12的感 應電流的抵消的感應器32產生的圓周方向感應電流充分供應，它們能夠大 致獨立地控制。對于本發明的帶凸條的軸狀構件的其他的實施方式(第二方式)，引 用附圖對其結構進行說明。圖3中，(a)是感應加熱裝置50的立體圖， (b)是軸線方向饋電感應器51、圓周方向饋電感應器52和帶凸條的軸狀 構件10的立體圖，(c)是其A-A剖面向視圖。感應加熱裝置50與上述的感應加熱裝置30不同的方面是，代替一次 加熱方式的圓周方向饋電感應器32配置移動加熱方式的圓周方向饋電感 應器52 (第二感應器)，伴隨于此導入使圓周方向饋電用高頻電源37以 及使感應器52移動的感應器移動機構53。感應器移動機構53由例如滾珠絲杠機構等構成，向與軸狀構件10平 行的方向定速輸送或變速輸送高頻電源37，由此使其移動。感應器52被高頻電源37支撐為與軸狀構件10的外周表面相對的狀 態，伴隨著高頻電源37的移動，在軸狀構件10的軸線方向上移動。其移 動范圍包括加熱區域17的全長。另外，感應器52,皮制成比上述的圓周方向饋電感應器32短的(寬度 窄的)弧狀的形狀，其感應作用部，以與軸狀構件10的部分區間的區間長 度相當的寬度沿著該部分區間的圓周方向配置，并被在沿著該圓周方向的方向上饋電。軸線方向饋電用的鞍型感應器51 (參照圖3 (b) 、 (c))，其方式、 作用都與感應加熱裝置30的第一感應器21相同。在使用該感應加熱裝置50對帶凸條的軸狀構件IO感應加熱時，包括 圓周方向饋電感應器52的移動，與上迷的本發明的帶凸條的軸狀構件的感 應加熱方法的概要同樣地進行。此時，對高頻電源36、 37所設定的饋電頻 率il與感應加熱裝置30時相同，由IGBT的推薦水平選定。進而，軸狀 構件10的軸部的基底圓周面11的溫度，通過手動或由反饋控制自動調整 從高頻電源36到軸線方向饋電感應器51的輸入電功率，從而升到目標溫 度，并維持在該溫度。另外，軸狀構件10的凸條12的溫度，通過手動或 由反饋控制自動調整從高頻電源37到圓周方向饋電感應器52的輸入電功 率，從而升到目標溫度，并維持在該溫度。此時，由感應器51、 52的感應加熱互相沒有影響地獨立地受到控制， 所以基底圓周面11和凸條12都被迅速地加熱到所希望的溫度，并穩定維 持在該溫度。另外，由于移動的圓周方向饋電感應器52的加熱范圍較窄，所以圓周 方向饋電用高頻電源37 AX冷^A夠的小功率的電源即可。進而，雖然圓周方向饋電感應器52是移動加熱方式的，但由于同時使 用軸線方向饋電感應器51的一次加熱方式，對于通過來自軸部的傳熱等而 升溫到磁性轉變點的凸條12，其中所述軸部由感應器M加熱，為了從其 磁性轉變點升溫到所希望溫度，使用了感應器52的加熱，所以所用時間比 以往的移動加熱方式短。對于本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法以及裝置的其他的實 施方式(第三方式)，引用附圖進行說明。圖4表示軸線方向饋電感應器 21、 51的感應作用部與帶凸條的軸狀構件10的基底圓周面11的相對間隔 gl、 g2、 g3、 g4的設定方法，U)是帶凸條的軸狀構件10的軸部的平面 圖，(b)是軸線方向饋電感應器21、 51和帶凸條的軸狀構件10的軸部的 平面圖。凸條12省略了圖示。感應加熱裝置可以是上述的裝置30、 50中的任意一種，在這里，以具 有外徑D1的驅動端部13、基底圓周面外徑D2的小直徑軸部14、基底圓 周面外徑D3的中等直徑軸部15和基底圓周面外徑D4的大直徑軸部16的 軸徑變化的軸狀構件10為加熱對象(參照圖4 U))，對基底圓周面11 與第一感應器例如感應器51的相對間隔gl、 g2、 g3、 g4的具體的設定方 法進行說明(參照圖4(b))。相對間隔gl、 g2、 g3、 g4分別是軸部的 軸線方向區間13、 14、 15、 16與感應器51的感應作用部的間隔。在如軸徑固定的帶凸條的軸狀構件那樣軸部的基底圓周面11的外徑 一定(一級)的單純的情況下，軸狀構件10與感應器51的相對間隔也一 樣即可，所以平行配置直的感應器51侵A夠，但在如在這里作為對象的軸 狀構件10那樣，軸部具有多級外徑、斜度時(參照圖4(a))，對于這 里所適用的軸線方向饋電感應器51，必需通過根據軸部的基底圓周面11 的外徑、斜度適當地設定基底圓周面11與感應器51的感應作用部的相對 間隔，從直的狀態預先變形為折線狀或曲線狀，以佳羞底圓周面11的表層 面所達到的到達溫度在加熱區域17上大致相同。主要是，在軸線方向饋電感應器51的一次加熱方式中，基于感應器 51的感應作用部與軸狀構件10的軸部的基底圓周面11在軸狀構件10的 加熱區域17的全長上相對，并且基底圓周面11的到達溫度不被束縛于圓 周方向饋電，預先對基底圓周面ll與感應器51的相對間隔gl、 g2、 g3、 g4進行調整,設定，由此能夠在加熱區域17的全長上實現均勻升溫。感應 加熱的到達溫度u受感應電流Ii和熱容量Cp所支配，其中熱容量Cp受 外徑D所支配，感應電流Ii受感應器電流Ic和耦合系數K所支配，該耦 合系數K受感應作用部寬度F和相對間隔g所支配，利用這種物理特性選 定相對間隔gl、 g2、 g3、 g4。如果使用表示該物理特性的式子詳細敘述，對于感應器與感應加熱對 象物的耦合系數K，將感應器的感應作用部與加熱對象物的感應加熱對象 面的相對間隔g、與感應作用部的寬度F的比(g/F)設為h，如果hX).5， 通過近似式[K- U/tt) tan"(h/ ( h2-0.25) }求出，如果h=0.5，通過近似式[K-0.5求出，如果h<0.5,通過近似式
K^ ( 1/tt ) taiT1(11/ ( h2-0.25) }+1
求出。使用該耦合系數K，通過式子[Ii-KIc表示感應器電流Ic和感應電 流Ii的關系。進而，如果使感應加熱對象面的到達溫度u與感應電流密度的平方成 比例同時與感應電流擴散部的熱容量Cp成反比例，則加熱部位的熱容量 Cp與周長丌D和擴散深度S (p、 n、 f)的積成比例(在這里p為體積電 阻率、n為比磁導率、f為饋電頻率)，所以對于到達溫度u理論式[u^K2/0
應該成立，但實際上，由于存在著其他的要因的關系，所以到達溫度u遵 從近似式[u-aK/DU為比例常數)。該近似式[u-aK/D表示，只要耦合系數K與軸部外徑D的比p相同， 軸部的各位置的到達溫度大致一定。下面，遵照上述的近似式，即遵照耦合系數K的近似式和到達溫度u 的近似式，對于作為加熱對象物的典型例的軸徑變化的軸狀構件10 (參照 圖4(a))，試著進行用于本發明的均勻的感應加熱的主要條件的探索和 ￡。為了使理解更加容易使用數值例，將驅動端部13的外徑Dl設為50(|>, 將小直徑軸部14的外徑D2設為35cp,由于是斜坡部、所以取平均值將中 等直徑軸部15的基底圓周面外徑D3設為40(p，將大直徑軸部l6的基底圓 周面外徑D4設為45cp。將軸線方向饋電感應器51的感應作用部寬度F設 為15mm。通常，當在螺旋構件那樣的軸狀構件10上形成強化^^膜時， M 形成范圍從凸條12的形成范圍到沒有凸條12的驅動端部13的一部分，并 且將其設為大致加熱區域17，但由于驅動端部13的被，形成部的范圍 較窄，而且能夠另外通過圓周加熱用感應器(圓周方向饋電感應器)加熱 升溫，所以目標是以作為形成了凸條l2的從動端部的大直徑軸部16位置 為基準位置，使其升溫到所希望的溫度(目標溫度、處理溫度)。該所希 望的溫yl/目標溫度設為1050'C。首先，為了對比，對于將軸線方向饋電感應器51筆直與軸狀構件10的軸心平行配置的情況，計算各部分13 16的耦合系數K,進而計算各部 分13 ~ 16的到達溫度u (。C )。在將最小空隙設為驅動端部13的相對間隔gl-5mm時，此時由于感 應器51為筆直水平，所以小直徑軸部14的相對間隔g2=12.5mm，中等直 徑軸部15的相對間隔g3-10mm，大直徑軸部16的相對間隔g4-7.5mm。因此，在使用上迷的耦合系數K的近似式計算各部分13 ~ 16的耦合 系數K時，在Dl-50(])， gl-5mm的驅動端部13， K=0.626。在D2-35cp， g2-12.5mm的小直徑軸部14, K=0.344。在D3-40(p， g3-10mm的中等直 徑軸部15, K=0.410。在D4-45cp, g4=7.5mm的大直徑軸部16， K=0.5。另外，各部分的到達溫度u遵從上述的近似式
u-aK/D(a為比例常 數，K為耦合系數，D為外徑)，對于基底圓周面外徑D4-45(p、相對間 隔g4=7.5mm、耦合系數K-化5的基準位置的大直徑軸部16的基底圓周面 ll的到達溫度u變為1050。C時的比例常數a，將D4-45cp、 K-0.5代入上 述的到達溫度u的近似式，a- (uD/K) = (1050x45/0,344) =94500。其他 的各部分14 16的耦合系數K和外徑D不同，但比例常數a相同，所以 使用該值的比例常數a和上述的到達溫度u的近似式，計算剩下的各部溫 度。于是，在D3-40(p， g3=10ram， K-0.410的中等直徑軸部15，到達溫 度u2= (aK/D) = (94500x0.41/40 ) =969 (。C )。另外，在D2-35cp, g2=12.5mm, K-0.344的小直徑軸部14，到達溫 度u3=929 (。C )。而且，在通過計算求驅動端部13的到達溫度ul時，由于Dl-50(p， gl=5mm, K-0.626,所以到達溫度ul=1183 (°C )。可是，驅動端部13 的熱容量在軸方向上大，向不與感應器51相對的部分逃逸的熱量較多，所 以實際上不會上升到上述的計算值。如果對上述的計算進行整理，u2=929。C， u3=969°C， u4-1050。C，沒 有均勻地升溫，所以將基準位置重新定為到達溫度較小的小直徑軸部l4, 對想要均勻地升溫的小直徑軸部14、中等直徑軸部15、大直徑軸部16再計算能夠均勻升溫的相對間隔g2、 g3、 g4。從上述的到達溫度u的近似式 可知，如果使耦合系數K與外徑D的比p在各部分14 16都相同，則它 們的到達溫度u2 u4大致一定，所以在這里，基于耦合系數K，通過計 算從外徑D求得能夠均勻升溫的相對間隔g。為此作準備，對耦合系數K 的近似式變形，解出相對間隔g，并進4亍整理，得到下面的相對間隔g的 近似式。如果KX).5，<formula>formula see original document page 28</formula> 如果K-0.5， g=0.5F;如果1<:<0.5，<formula>formula see original document page 28</formula>如上所述在感應器51筆直的對比條件下暫時確定基準位置的相對間 隔g,然后按順序計算各部分的耦合系數K、共同的比例常數a、各部分的 到達溫度u，這是以能夠均勻升溫的相對間隔g的調整為目的的，所以將 感應器51彎折成三部分(參照圖4(b))，為了將小直徑軸部"與相對 部分ml的相對間隔g2、中等直徑軸部15與相對部分m2的相對間隔g3、 大直徑軸部16與相對部分m3的相對間隔g4分別選定為適當值，暫時確 定基準位置的相對間隔g,然后計算共同的比P，使用該比計算各部分的優 選的耦合系數K和相對間隔g。進而，為了進行機上確認，也進行共同的 比例常數a和各部分的到達溫度u的計算。這樣一來，在作為此時的基準位置的小直徑軸部l4中，D2=35cp， g2=12.5mm, K-0.344,所以比|3=K/D=0.344/35=0.00983。然后，使用該 共同的比P，計算其他各部分15、 16的均勻升溫的適當的耦合系數K和相 對間隔g。另外，感應作用部寬度F保持為15mm。在中等直徑軸部15， D3-40cp，所以優選的是，耦合系數K,D=0.393， 相對間隔優選為<formula>formula see original document page 28</formula>。但是，由于10.6mm這樣的零頭的尺寸難以管理，所以將中等直徑軸部15的相對間隔g3設為10.5mm。用該g3-10.5mm再計算耦合系 數K，得出K= 0.395。同樣，對于D4-45(p的大直徑軸部16，耦合系數K-0.442,相對間隔 g=9.0mm。然后，為了確認，使用這些新選定的相對間隔g2、 g3、 g4和各自的耦 合系數K，再計算各部分14 16的到達溫度u。將D2=35cp， g2=12.5mm的小直徑軸部14的到達溫度u2設為1050°C 的比例常數a為，a=uD/K=1050x35/0.344=106831。使用該a，在D3-40cp， g3=10.5mm的中等直徑軸部15的位置，到達 溫度u3=aK/ D =106831x0.395/40=1055.0"。另外，在D4-45(p， g4=9.0mm的大直徑軸部16，到達溫度u4-aK/D =106831x0.442/45=1049.3 。C。將以上的結果進行整理，各部分14 ~ 16的到達溫度分別為u2=l050 'C 、 u3=1055.0。C、 u4=l049.3。C，可以i兌大致均勻地升溫。該計算到底是在沒有凸條12的情況下進行的，忽視了凸條12的熱容 量和作為散熱板的功能，所以嚴格地講并不正確，但可以作為基準，可以 作為基本設計的指針來充分^f吏用。在實際應用時，增加考慮試驗品的加熱 試驗的結果等，確定最終的相對間隔gl、 g2、 g3、 g4。 (實施例1)對于本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法以及裝置的實施例 1，引用附圖對其具體的結構進行說明。圖7是軸徑變化的帶凸條的軸狀構 件10的平面圖。使用圖3的感應加熱裝置50，將鞍形的軸線方向饋電感 應器51的感應作用部如圖4(b)那樣形成為折線狀，并進行了相對間隔 g2、 g3、 g4的調整。帶凸條的軸狀構件10的構造和物理特性如下所述(參照圖5)。材質 SCM410體積電阻率p-別(nQ-cm )比磁導率n-l ( p、 n在超過磁性轉變點的溫度區域)前一工序被覆的膜層材質Ni自熔合金(JISSNFi2) 前一工序被覆的膜厚度 0.4 ~ 0.6mm 熔化處理溫度 1050±25°C尺寸 全長 L0=1380mm 凸條寬度t-6.5mm驅動端部Ll=380mm Dl=50<p (最小直徑部)小直徑軸部L2=500mm D2=35(p(斜坡部)中等直徑軸部L3=310mm D3=40(p (平均) (從動端)大直徑軸部L4-l卯mm D4=45<p用上述式1從最小軸徑D2=35cp求出感應器51、 52的饋電頻率fl，設 定給高頻電源36、 37。即，fl^310p/nD^310x80/(lx3.52)=2024，所以選定適當的整數饋電 頻率n-2400Hz。這正在IGBT的推薦水平。順便提一下，用上述式3求出用于高效加熱凸條寬度t的饋電頻率B， f32 158p/nt^l58x別/ (lx0.652) =29920Hz。這比本發明的饋電頻率fl的 下限值高得懸殊，超過IGBT的推薦水平。對凸條12移動加熱的圓弧狀的圓周方向饋電感應器52的感應作用部 的尺寸設為，整個圓弧長6=80。，寬度F-10mm，相對間隔g0-5mm。另一方面，對差^底圓周面ll進行一次加熱的鞍形的軸線方向饋電感應 器51的感應作用部的尺寸設為(參照圖4 (b))，全長m0=1130mm， 驅動端重疊量-80mm，從動端重疊量-50mm，感應作用部寬度F=15mm, 進行與上述的第三方式同樣的計算，Dl=50(|> gl=5mmml=580mm D2=35cp g2=12.5mm u2=1050。Cm2=310mm D3=40(p (平均)g3-10.5mm u3=1055°Cm3=240mm D4=45cp g4=9，0mm u4=1049.6。C。使用這樣進行了用于均勻升溫的選定、設定之后的感應加熱裝置50, 執行帶凸條的軸狀構件10的感應加熱。將由鞍形的軸線方向饋電感應器51進行的加熱條件設為，饋電頻率fl=2400Hz，加熱電功率Pl=130kW,加熱時間=3分鐘，另夕卜， 一邊用例如》文射溫度計測定軸狀構件10的軸部中作為相對間隔 選定的基準位置的小直徑軸部14的基底圓周面11的溫度， 一邊增減調整 從高頻電源36向感應器51的輸入電功率Pl,以使其到達溫度u2變為所 希望的溫度1050°C。其結果，軸狀構件10的軸部的基底圓周面11的到達溫度在加熱區域 17的全長上收斂在1050土10。C，均勻地升溫。然后，將由圓弧狀的圓周方向饋電感應器52進行的加熱條件設為，饋 電頻率fl-2400Hz,加熱電功率P2-15 45kW，移動速度-10mm/s。另外， 一邊測定軸狀構件10的凸條12的溫度， 一邊增減調整從高頻 電源37向感應器52的輸入電功率P2，以使其到達溫度u變為所希望的溫 度1050。C。進而，計測到達了所希望的溫度1050。C的凸條12的環狀區域的軸線 方向寬度，根據該寬度和處理溫度保持時間對移動速度進行加減調整。其結果，軸狀構件10的凸條12的到達溫度在加熱區域17的全長上也 收斂在1050土10。C，均勾地升溫。順便提一下，為了對比，示出軸線方向饋電感應器51為筆直的情況， 該感應作用部的尺寸設為，全長m0-1130mm,驅動端重疊量-80mm,從 動端重疊量-50mm,感應作用部寬度F-15mm，進而Dl-50cp， gl-5mm， 此時，ml-580mm D2-35cp g2-12.5mm u2-929。Cm2=310mm D3-40cp(平均)g3=10 mm u3=969。C m3=240mm D4=45(p g4=7.5ram u4=1050。C，此時沒有均勻地升溫。 (實施例2 )對于本發明的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法以及裝置的實施例 2,引用附圖對其具體的結構進行說明。圖6是軸徑變化的帶凸條的軸狀構 件10的平面圖。在這里也使用圖3的感應加熱裝置50,將鞍形的軸線方向饋電感應器51的感應作用部如圖4(b)那樣形成為折線狀，并進行了 相對間隔g2、 g3、 g4的調整。帶凸條的軸狀構件10的物理特性如下所述(參照圖6) ■>材質 SCM410體積電阻率p=80 ( nQ-cm)比磁導率(p、 n在超過磁性轉變點的溫度區域) 前一工序被覆的膜層材質Ni自熔合金(JIS SNFi2 ) 前一工序被覆的膜厚度 0.4~0.6mm 熔化處理溫度 1050土25。C尺寸 全長 L0=1120mm 凸條寬度片5.0mm驅動端部Ll=300mm Dl=40q> (最小直徑部)小直徑軸部L2=420mm D2=27cj>(斜坡部)中等直徑軸部L3=250mm D3=31.5(|> (平均) (從動端)大直徑軸部L4=150mm D4=36q> 用上述式l從最小軸徑D2-27q)求出感應器51、 52的饋電頻率fl，設 定給高頻電源36、 37。即，f^310p/jnD22310x80/(lx2.72) =3401，所以選定適當的整數饋電 頻率fl-3600Hz。這正在IGBT的推薦水平。順便提一下，用上述式3求出用于僅通過軸線方向饋電高效加熱凸條 寬度t的饋電頻率f3, f32 158p/nt2S158x80/( lx0.52 )-50560Hz，超過IGBT 的推薦水平。對凸條12移動加熱的圓孤狀的圓周方向饋電感應器52的感應作用部 的尺寸設為，整個圓弧長0=80°，寬度F-10mm，相對間隔g0-4mm。另一方面，對基底圓周面ll進行一次加熱的鞍形的軸線方向饋電感應 器51的感應作用部的尺寸"^殳為(參照圖4(b)),全長m0-940mm，驅 動端重疊量-70mm，從動端重疊量-SOmm，感應作用部寬泉F-lSmm,進 行與上述的第三方式同樣的計算，Dl=40cp gl=4mmml=490mm D2=27(p g2=10.5mm u2=1050。Cm2-250min D3-31.5 cp (平均)g3=8.5mm u3=1048°C m3=200mm D4=36q> g4=7.0mm u4=1040.7°C使用這樣進行了用于均勻升溫的選定、設定之后的感應加熱裝置50， 執行帶凸條的軸狀構件10的感應加熱。將由鞍形的軸線方向饋電感應器51進行的加熱條件設為，饋電頻率 fl=3600Hz，加熱電功率Pl=95kW，加熱時間=2分鐘，這時軸狀構件10 的軸部的基底圓周面11的到達溫度在加熱區域17的全長上收斂在1050土 10°C，均勻地升溫。然后，將由圓弧狀的圓周方向饋電感應器52進行的加熱條件設為，饋 電頻率fl-3600Hz,加熱電功率P2-6 20kW,移動速度-10mm/s，此時， 軸狀構件10的凸條12的到達溫度在加熱區域17的全長上也收斂在1050 土10。C，均勻地升溫。這里也為了對比，表示出軸線方向饋電感應器51為筆直的情況，其感 應作用部的尺寸i殳為，全長m0-940mm，驅動端重疊量-70mm，從動端重 疊量-50mm，感應作用部寬度F-15mm，進而Dl=40<p， gl=4mm，此時， ml-4卯mm D2=27cp g2=10.5mm u2=970。Cm2=250mm D3-31.5 q> (平均)g3=8.25mm u3=989。C m3=200mm D4=36(p g4=6.0mm u4=1050。C此時沒能均勻地升溫。順^f更提一下，也計算驅動端部13的到達溫度ul,在Dl-40 (p、 gl=4mm 的位置，ul=aK/D =63158 x 0.688/40=1140。C。但是，由于驅動端部13大 部分偏離出感應器S1，所以溫度不會上升到1140°C。 (其他)另外，在上述實施方式中，對軸狀構件IO水平支撐，但軸狀構件IO 的支撐也可以是垂直或傾斜。另夕卜，在上述實施方式中，圓周方向饋電感應器52的移動速度是固定 的，但也可以是變化的。
權利要求
1. 一種帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法，所述軸狀構件在自身的外周面上具有沿著橫切自身的軸線的方位延伸的凸條，所述感應加熱方法通過對與該軸狀構件接近配置的感應器饋送高頻電流，使所述軸狀構件的表層部分產生感應電流，來感應加熱該軸狀構件，其特征在于作為所述感應器，同時配置有第一感應器和第二感應器，在使所述軸狀構件沿著軸心旋轉的同時對該第一感應器和第二感應器饋送高頻電流，由此進行所述感應加熱，所述第一感應器具有在所述軸狀構件的待加熱區域的整個長度上沿著所述軸線的方向配置的、在沿著該軸線的方向上被饋電的感應作用部，從而在該軸狀構件內產生在與該軸狀構件的軸線垂直的面內通過的磁通量，所述第二感應器具有在沿著所述軸狀構件的圓周方向的方向上被饋電的感應作用部，從而在該軸狀構件內產生與由所述第一感應器產生的磁通量垂直的即沿著所述軸狀構件的軸線的方向上的磁通量。
2. 如權利要求1所述的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法，其特征 在于作為所述第二感應器，配備有能夠對所述軸狀構件的軸線方向的部分 區間進行感應加熱的感應器；在使該感應器在所述軸狀構件的軸線方向上移動的同時對該感應器饋 送高頻電流，從而對所述軸狀構件在其待加熱區域的整個長度上進^f亍感應 加熱。
3. 如權利要求1或2所述的帶凸條的軸狀構件的感應加熱方法，其 特征在于將所述第一感應器的感應作用部與所迷軸狀構件上占所述凸條 的谷底的基底周面之間的相對間隔設定為使得該基底周面的升溫在所述軸 狀構件的軸線方向上均勻，從而進行所述感應加熱。
4. 如權利要求1~3中的任意一項所述的帶凸條的軸狀構件的感應 加熱方法，其特征在于在使所述軸狀構件升溫到超過其磁性轉變點的溫度時，將該軸狀構件的外徑D、以及都在超過磁性轉變點的溫度區域下的體積電阻率p和比磁 導率H的值代入下述式(1 )，求出以所述第二感應器的超過,磁性轉變點的 溫度區域為目的的適宜饋電頻率區域，然后將該頻率區域內的高頻饋電適 用于所述第 一感應器和所述第二感應器雙方；其中所述式(1)，是根據公知知識求取與通過由所述第二感應器產生 的沿著所述軸線的方向上的磁通量在所述軸狀構件的圓周方向上產生所述 感應電流的形式的感應加熱相對應的、饋電頻率fl的以加熱效率為目的的 適宜區域的公式；
5. 如權利要求2~4中的任意一項所迷的帶凸條的軸狀構件的感應 加熱方法，其特征在于通過調整向所述第一感應器輸入的電功率，從而進行對于所迷軸狀構 件上占所述凸條的谷底的基底周面的升溫的調整；對于所述第二感應器，配備能夠對所迷軸狀構件的軸線方向的短區間 進行感應加熱的感應器，通過調整向該感應器輸入的電功率及該感應器的 上述軸線的方向上的移動速度的至少一方來進4亍所述凸條的升溫的調整。
6. 如權利要求1 ~5中的任意一項所述的帶凸條的軸狀構件的感應 加熱方法，其特征在于進行所述感應加熱從而對在前一工序中形成于所 述軸狀構件的表面上的金屬類的被覆層實施熔化處理。
7. —種帶凸條的軸狀構件的感應加熱裝置，其特征在于，包括 軸狀構件支撐旋轉裝置，其支撐所述軸狀構件并使該軸狀構件圍繞軸心旋轉；第一感應器，其具有在由所述支撐旋轉裝置支撐著的所述軸狀構件的 待加熱區域的整個長度上沿著所述軸狀構件的軸線配備的、在沿著該軸線^D2的方向上,皮饋電的感應作用部；第二感應器，其具有以與所述軸狀構件的軸線方向的待加熱的區間長 度相當的寬度沿著該軸狀構件的圓周方向配置、在沿著該圓周方向的方向 上被饋電的感應作用部；感應器移動機構，其用于使該第二感應器在所述軸狀構件的軸線方向 上移動；和用于向所述第一感應器和第二感應器分別饋送高頻電流的兩個高頻電源。
全文摘要
本發明的目的在于沿襲生產率優異的一次加熱方式，而且為了避免成本上升而使饋電頻率下降，使得即使對于軸徑變化的軸狀構件(10)也能容易地進行升溫均勻化的調整。在軸狀構件(10)的感應加熱時，在加熱區域(17)的整個長度上同時配置有軸線方向饋電感應器(21)和移動加熱方式的圓周方向饋電感應器(22)，一邊使使軸狀構件(10)圍繞軸心旋轉一邊對感應器(21)、(22)饋送高頻電流。通過這樣的加熱裝置的兩個系統化，能夠獨立地進行軸線方向饋電感應器(21)的相對于基底圓周面(11)的調整和圓周方向饋電感應器(22)的相對于凸條(12)的調整，所以成本不高便能高效生產出優質品。
文檔編號H05B6/02GK101282598SQ20071009227
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月3日 優先權日2007年4月3日
發明者多田文明, 渡邊康男 申請人:第一高周波工業株式會社