专利名称：带凸条的轴状构件的感应加热方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对在外周表面具有凸条的轴状构件的表层部分进行感 应加热的方法以及装置，详细地说，涉及以在自身的外周表面具有沿着横 切自身的轴线的方位延伸的凸条的轴状构件为感应加热的对象，将感应器 与该轴状构件接近配置，向该感应器中馈送高频电流(高频通电)，由此 在轴状构件的表层部分产生感应电流，从而对轴状构件的凸条和基底周面 进行感应加热的带凸条的轴状构件的感应加热方法，以及适于实施该方法 的感应加热装置。
背景技术：
以往，作为对带凸条的轴状构件的表层部分进行感应加热的技术，已 知有在圆周方向馈电(通电)的技术和在轴线方向通电的技术(例如参照专利文献l)，所以对于该以往4支术，参照图7~图9，将对本发明的说明 有利的部分摘出来进行^沈明。首先，参照图7(a) ~ (e)对作为感应加 热的对象的带凸条的轴状构件进行说明，接下来参照图7 (f)以及图8对 仅在圆周方向通电的感应加热进行说明，然后参照图7 (g)以及图9仅在轴线方向通电的感应加热进行说明。图7是与作为感应加热的对象的带凸条的轴状构件10有关的图，(a) 是轴径固定的带凸条的轴状构件10的平面图，(b)是轴径变化的带凸条 的轴状构件10的平面图，(c)是大直径轴部16的放大图，(d)是小直 径轴部14的放大图，(e)是带凸条的轴状构件10的平面图。在外周表面具有凸条的轴状构件中，射出成形机、挤压成形机等中所 使用的螺旋构件，在自身的外周表面具有沿着横切(横过，across)自身的轴线的方向延伸的凸条。在这样的凸条相比轴线方向更多地是沿圆周方向上延伸的带凸条的轴状构件10中，在作为轴部的外圓周面的基底圆周面 11上螺旋状地巻绕有螺纹牙状的凸条12 (参照图7)，其中有轴径固定的 类型和轴径变化的类型。轴径固定的轴状构件IO，除了为了由卡盘等进行 保持而没有凸条12的驱动端部13以外，轴部直径即基底圆周面11的直径 (外径)在凸条12的形成范围的整个区域上都相同(参照图7(a))。与此相对，在轴径变化的轴状构件IO中，在凸条12的形成范围内基 底圆周面11的直径变化。在螺旋构件的典型例中(参照图7 (b))，驱 动端部13附近的小直径轴部14U底圓周面11的直径较小的平行部，与 其相邻的中等直径轴部15A^底圆周面11的直径变化的斜坡部(锥形部)， 其前端的包含从动端部的大直径轴部16 U底圆周面11的直径较大的平 行部。驱动端部13的直径和凸条12的外径的大小与轴径固定还是轴径变化 无关地各种各样，但凸条12的外径即轴状构件的外径D (参照图7、图8、 图9)，与轴径固定还是轴径变化无关，在凸条12的形成范围内大致固定。 因此，在轴径变化的轴状构件10的情况下(参照图7(b))，在大 直径轴部16处凸条12较低从而基^底圃周面11变为浅底(参照图7(c)), 在小直径轴部14处凸条12较高从而基底圆周面11变为深底(参照图7 (d))。在这样的轴状构件IO中，在比凸条12的形成范围稍大的范围的表面 上，形成有由例如自熔合金的喷镀膜构成的多孔性底被覆层，为了对其实 施熔化处理从而《吏其致密化，对包含该覆盖层的加热区域17进行感应加热 (参照图7 (e))。图7 (f)是移动加热用的圆周方向馈电感应器22和带凸条的轴状构件 IO的平面图，图8是与以往的圆周方向馈电的感应加热技术有关的图，(a) 是带凸条的轴状构件10的中央部分的平面图，(b)是其部分放大图，(c) 是带凸条的轴状构件10的侧视图(端面图)，(d)是其部分放大图。另 夕卜，图8 (b)中的带中心点圆圏表示贯穿纸面的电流，图8 (d)中的带箭头双点划线表示沿着纸面的电流。圆周方向馈电感应器22，是具有在沿着轴状构件10的圆周方向的方 向上馈电的感应作用部的例如短的(宽度窄的)环状感应器，通过其圆周 方向馈电(参照图7 (f)的带箭头双点划线)从而在轴状构件10内产生沿 着轴状构件10的轴线方向的磁通量，由此在轴状构件10的外圆周面上产 生圆周方向的感应电流。该圆周方向的感应电流，在凸条12以;5L^底圆周 面11中，在与圆周方向馈电感应器22相对的环状区间大致沿着凸条12 流动(参照图8 (b)中的带中心点圆圈以及图8 (d)中的带箭头双点划 线)，对该环状区间加热，使其升温。从而，通过该传热使该部位的底覆 盖膜也核加热而熔化。因此，通过使圓周方向馈电感应器22向轴状构件 IO的轴线方向移动，能够对加热区域17的整体进4亍感应加热。图7 (g)是一次加热用的轴线方向馈电感应器21和带凸条的轴状构 件10的平面图，图9是与以往的圆周方向通电的感应加热技术有关的图， (a )是带凸条的轴状构件10的中央部分的平面图，(b)是其部分放大图，(c) 是带凸条的轴状构件10的侧视图(端面图)，(d)是其部分放大图。 另外，图9 (b) 、 (d)中的带箭头双点划线表示沿着纸面的电流，图9(d) 中的带中心点圆圈表示贯穿纸面的电流。 轴线方向馈电感应器21,是具有在沿着轴状构件10的轴线方向的方向上馈电的感应作用部的例如鞍形感应器，通过其轴线方向馈电(参照图 7 (g)的带箭头双点划线)从而在轴状构件IO内产生在与轴状构件10的 轴线垂直的面内通过的磁通量，由此在轴状构件10的外圆周面上产生轴线 方向的感应电流。该轴线方向的感应电流，在凸条12以瓦基底圆周面11 中，在与轴线方向馈电感应器21相对的部分上在横切凸条l2的同时在轴 线方向上流动(参照图9 (b)中的带箭头双点划线以及图9 (d)中的带 中心点圆圏、带箭头双点划线)，对所勤目对部分加热，使其升温。从而， 通过该传热使该部位的底覆盖膜升温熔化。轴线方向馈电感应器21的感应 作用部沿着轴状构件10的轴线配置在轴状构件10的加热区域n的全长 上，所以通过一边〗吏轴状构件10围绕轴心旋转一边对轴线方向馈电感应器21馈送高频电流，能够一次对加热区域17的整体进行感应加热。在这样的以往的感应加热技术的情况下，在由圓周方向通电进行的移 动加热中生产率较差，所以虽然试行由轴线方向通电进行的一次加热，但 在带凸条的轴状构件10的感应加热中，当在通常的馈电频率下进行轴线方 向馈电的感应加热时，凸条12的加热与基底圆周面ll相比不足，所以将 馈电频率设定得比通常高，以使基于馈电频率的电流扩散深度为感应电流 的方向上的凸条12的宽度的1/2.5以下(参照专利文献1)。此时，例如 在凸条宽度t设为6mm时，轴状构件10的表面温度超过磁性转变点时的 馈电频率被设定为65kHz左右。专利文献l:特开2003-243144号7〉才艮但是，使馈电频率高于25kHz，就会招致高频电源的成本上升。这是 因为，作为适于大电流的高速切换的容易得到的开关元件，在高频电源的 输出段电路等中多采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅 双极晶体管)，但现状是为了使低价的IGBT长时间稳定工作，推荐在 25kHz以下使用，所以要想采用上述的65kHz左右的高馈电频率，只有无 视上述的低价的高频电源的寿命地在该电源上加上高负载，或者为了适应 高频率而导入高价的高频电源，所以会伴随着成本上升。另外，如果使用使馈电方向从轴线方向向圆周方向迂回的迂回类型感 应器，感应电流横切凸条12时的有效宽度扩大，所以能够使轴状构件10 的表面温度超过磁性转变点时的馈电频率降为20kHz左右(参照专利文献 1)。尤其是，这样的迂回类型感应器为特殊的形状，所以要采用该感应器， 不但需要制造感应器的时间、使成本上升，而且设置操作不容易，进而在 其后的调整操作中，有时还需要对试行错误的感应器进行改造等工时，使 施工费用大幅度上升。另外，在这些以往的感应加热技术中，不管是圆周方向馈电类型的，轴线方向馈电类型的还是使馈电方向从轴线方向向圆周方向迂回类型的， 在应用于轴径变化的带凸条的轴状构件10时都会有调整困难的问题。即， 如后面详细叙述，对于加热对象物的感应加热对象面的到达温度u，具有感应加热对象面与感应器的感应作用部的相对间隔g越小到达温度U越高、相对间隔g越大到达温度u越低的倾向，所以要将凸条12的到达温度u 调整为适当温度，则基底圓周面11的升温不足；另一方面，要将基底圆周 面11的到达温度u调整为适当温度，则凸条12会过热。因此，即使在以轴径固定的轴状构件为对象时，为了使向到达温度的 升温均匀化而调整相对间隔g也需要时间，何况在以凸条12的外径固定、 仅基底圆周面11随部位不同而变化的轴径变化的轴状构件IO为对象时， 要想在加热区域17的整个区域更好地调整相对间隔g等，是非常难的问题。发明内容因此，技术课题在于沿袭生产率优异的一次加热方式，而且为了避 免成本上升而将馈电频率降到IGBT的推荐水平，同时在抑制成本上升的 同时即4吏对于轴径变化的轴状构件也能容易地进行升温均匀化的调整。本发明的带凸条轴状构件的感应加热方法(第一技术方案)，是为了 解决这样的课题而发明的，所述轴状构件在自身的外周面上具有沿着横切 自身的轴线的方位延伸的凸条，所述感应加热方法通过将感应器与该轴状 构件接近配置并对该感应器馈送高频电流，由此4吏所述轴状构件的表层部 分产生感应电流，来感应加热该轴状构件，其特征在于作为所述感应器， 同时配置有第 一感应器和第二感应器，在使所述轴状构件沿着轴心旋转的 同时对该第一感应器和第二感应器馈送高频电流，由此进行所述感应加热。 其中，所述第一感应器具有在所述轴状构件的待加热区域的整个长度上沿 着所述轴线的方向配置的、在沿着该轴线的方向上被馈电的感应作用部，量。而且，所述第二感应器具有在沿着所述轴状构件的圆周方向的方向上 被馈电的感应作用部，从而在该轴状构件内产生与由所述第一感应器产生 的磁通量垂直的即沿着所述轴状构件的轴线的方向上的磁通量。另外，本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第二技术方案)， 如上述第一技术方案记栽的带凸条的轴状构件的感应加热方法所述，其特征还在于作为所述第二感应器，配备有能够对所述轴状构件的轴线方向 的部分区间进行感应加热的感应器；在使该感应器在所述轴状构件的轴线 方向上移动的同时对该感应器馈送高频电流，从而对所述轴状构件在其待 加热区域的整个长度上进行感应加热。进而，本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第三技术方案)， 如上述第一和第二技术方案记载的带凸条的轴状构件的感应加热方法所 述，其特征还在于将所述第一感应器的感应作用部与所述轴状构件上占 所述凸条的谷底的基底周面之间的相对间隔设定为使得该基底周面的升温 在所述轴状构件的轴线方向上均匀，从而进行所述感应加热。另外，本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第四技术方案)， 如上述第一至三技术方案记载的带凸条的轴状构件的感应加热方法所述， 其特征还在于在使所述轴状构件升温到超过其磁性转变点的温度时，将 该轴状构件的外径D、以及都在超过磁性转变点的温度区域下的体积电阻 率p和比磁导率u的值代入下述式(1)，求出以所述第二感应器的超过磁 性转变点的温度区域为目的(本位)的适宜馈电频率区域，然后将该频率 区域内的高频馈电适用于所述第 一感应器和所述第二感应器双方；其中所 述式(1)，是4艮据7>知知识求取与由所述第二感应器在所述轴状构件的圆 周方向上产生所述感应电流的形式的感应加热相对应的、馈电频率fl的以 加热效率为目的的适宜区域的公式。另外，本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第五技术方案)， 如上述第二至四技术方案记载的带凸条的轴状构件的感应加热方法所述， 其特征还在于通过调整向所述第一感应器输入的电功率，从而进行对于 所述轴状构件上占所述凸条的谷底的基底周面的升温的调整；对于所迷第 二感应器，配备能够对所述轴状构件的轴线方向的短区间进4亍感应加热的 感应器，通过调整向该感应器输入的电功率及该感应器的上述轴线的方向 上的移动速度的至少一方来进行所述凸条的升温的调整。另外，本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第六技术方案)， 如上述第一至五技术方案记载的带凸条的轴状构件的感应加热方法所述，其特征还在于为了对在前一工序中形成于所述轴状构件的表面上的金属 类的,t霞层(底纟t菱层)实施熔化处理而进行所述感应加热。另夕卜，本发明的带凸条的轴状构件的感应加热装置(第七技术方案)， 其特征在于，包括轴状构件支撑旋转装置，其支撑所述轴状构件并使该 轴状构件围绕轴心旋转；第一感应器，其具有在由所述支撑旋转装置支撑 着的所述轴状构件的待加热区域的整个长度上沿着所述轴状构件的轴线配 备的、在沿着该轴线的方向上被馈电的感应作用部；第二感应器，其具有 以与所述轴状构件的轴线方向的待加热的区间长度相当的宽度沿着该轴状 构件的圆周方向配置、在沿着该圆周方向的方向上被馈电的感应作用部； 感应器移动机构，其用于使该第二感应器在所述轴状构件的轴线方向上移 动；和用于向所述第一感应器和第二感应器分别馈送高频电流的两个高频 电源。发明效果在这样的本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第一技术方案) 中，对升温需要电功率和时间的轴部，应用遍;o口热区域的整个长度的轴 线方向馈电的第一感应器，同时一边使轴状构件围绕轴心旋转一边进行感 应加热，由此沿袭一次加热方式；另一方面，对于热容量比轴部小、与轴 部不同、在轴线方向馈电时必需将馈电频率设定得较高的凸条，使用不将 馈电频率设定得较高便可以的圆周方向馈电的第二感应器，由此能够将馈 电频率维持在IGBT的推荐水平。另外，轴线方向馈电的第一感应器和圆 周方向馈电的第二感应器的磁通量大致垂直，所以即使同时馈电，各自也 是处于大致独立状态，即根本不会受到对方的影响地作用于带凸条的轴状 构件。而且，通过将轴部与凸条的感应加热分担到这样的第一、第二感应器 上，从而单独进行轴部与第一感应器的相对间隔等的调整、和凸条与笫二 感应器的相对间隔等的调整，这样微调整不需要另外的大规模的组合调整。 在单独调整中唯一地确定加热对象物的感应加热对象面与感应器的感应作 用部的相对间隔，具体地说基底圆周面与笫一感应器在实际的作用中一对一地相对向、凸条与第二感应器在实际的作用中一对一地相对向，所以与 一个感应器以基底圓周面和凸条双方一起为主要加热对象的联合类型的以 往方法相比，单独调整容易得多，能够迅速且可靠地进行。因此，能够进 行升温偏差小的适当的感应加热，热处理的品质得到提高。因此，根据本发明，能够实现成本不高便能高效生产出优质品的带凸 条的轴状构件的感应加热方法。另外，对于第一感应器对带凸条的轴状构件的轴部的基底圓周面的感 应加热作用和第二感应器对带凸条的轴状构件的凸条的感应加热作用，为了提高独立性，优选的是对第一感应器的感应作用部与轴部的基底圆周 面的相对间隔适当进行调整，以使仅通过第一感应器的高频馈电和轴状构 件的旋转，轴部的基底圆周面的温度变为一样；同时，将第一感应器的馈 电频率设定得较低，以使通过第一感应器的轴线方向馈电而在轴状构件的 表层面上引起的感应电流不会大量流向凸条，将扩散(渗透)深度设为比 凸条的宽度的一半深的程度。另外，在本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第二技术方案) 中，通过对第二感应器采用移动加热方式，第二感应器和其高频电源都小 型化，所以即使将加热装置设成独立两个系统，也能将成本上升抑制为较 小。另外，应用了第二感应器的凸条的热容量较小，而且外径大致一定， 所以即使在移动加热方式中，也与也应用在轴部的以往技术不同，在本发 明中仅应用于凸条，所以能够迅速且小电功率地完成热处理。进而，在本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第三技术方案) 中，在上述的单独调整中执行了第一感应器的感应作用部与轴状构件的基 底圆周面的相对间隔调整，轴部的基底圆周面的升温在轴线方向上也变为 均匀。另外，该调整的具体的顺序，在后面的第5实施方式的说明时详细 叙述。另夕卜，在本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第四技术方案) 中，在馈电频率选定时，求出第二感应器的以超过磁性转变点的温度区域 为目的的适宜馈电频率区域，将该频率区域内的高频馈电适用于第一感应器和第二感应器双方，由此即使增加感应器，馈电频率的选定作业也一次 即可完成。另外，如后面的第五实施方式所详细叙述，第一感应器的超过 磁性转变点的温度区域为目的的适宜馈电频率区域的下限比第二感应器的 超过磁性转变点的温度区域为目的的适宜馈电频率区域的下P艮低，所以即 使进行上述那样的适用也不会有问题。另外，在本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第五技术方案) 中，利用如上所述将加热装置设为独立的两个系统，除了上述的运行前的 单独调整，在运行中也单独进行升温的调整。即，轴状构件的基底圆周面 的升温的调整通过向第一感应器输入的电功率的调整而进行，轴状构件的 凸条的升温的调整通过向第二感应器输入的电功率的调整以及第二感应器 的轴线方向移动速度的调整中的任意一方或双方的调整而进行。由此，即 使在装置、设备的设置后，也能够不进行以感应器为首的装置等的改造而 容易地进行调整。另夕卜，在本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法(第六技术方案) 中，对在前一工序中形成于轴状构件的表面上的金属类的被覆层实施熔化 处理，由于该熔化处理是使用上述本发明加热方式而进行的，所以不需要 较大的成本，而且实现了加热温度的均匀化，能高效地进行良好的熔化处 理。另夕卜，在本发明的带凸条的轴状构件的感应加热装置(第七技术方案) 中，能够使用可实现成本不高便能高效生产出优质品的上述笫 一技术方案 所述的带凸条的轴状构件的感应加热方法，也能够使用即使将加热装置设 成独立两个系统也能将成本上升抑制得较小的上述第二技术方案所述的带 凸条的轴状构件的感应加热方法。而且，由于加热装置以除了感应器以外 还包括高频电源的完全的形态成为独立两个系统，所以当然调整的自由度 更高，在不存在给电系统的互相干涉的方面也优异，设计、控制的自由度 也较高，减轻了负载、负担。
图l是与本发明的概要有关的图，(a)是轴径变化的带凸条的轴状构 件的平面图，(b)是圆周方向馈电感应器、轴线方向馈电感应器和带凸条 的轴状构件的平面图，(c)是带凸条的轴状构件的中央部分的平面图，， (d)是其部分放大图，(e)是带凸条的轴状构件的侧视图(端面图)， (f)是其部分放大图；图2是与本发明的一个实施方式(第一方式)有关的图，(a)感应加 热装置的立体图，(b)是圆周方向馈电感应器、轴线方向馈电感应器和带 凸条的轴状构件的立体图，(c)是其A-A剖面向视图；图3是与本发明的其他实施方式(笫二方式)有关的图，(a)是感应 加热装置的立体图，(b)是圆周方向馈电感应器、轴线方向馈电感应器和 带凸条的轴状构件的立体图，(c)是其A-A剖面向视图；图4是与本发明的其他实施方式(第三方式)有关的图，表示感应器 的感应作用部与带凸条的轴状构件的基底圆周面的相对间隔的设定方法， (a)是带凸条的轴状构件的轴部的平面图，(b)是轴线方向馈电感应器 和带凸条的轴状构件的轴部的平面图；图5是本发明的实施例1中带凸条的轴状构件的平面图；图6是本发明的实施例2中带凸条的轴状构件的平面图；图7是与作为感应加热的对象的带凸条的轴状构件有关的图，(a)是 轴径固定的带凸条的轴状构件的平面图，(b)是轴径变化的带凸条的轴状 构件的平面图，(c )是大直径轴部的放大图，(d)是小直径轴部的放大 图，(e)是带凸条的轴状构件的平面图，(f)是移动加热用的圆周方向 馈电感应器和带凸条的轴状构件的平面图，(g)是一次加热用的轴线方向 馈电感应器和带凸条的轴状构件的平面图；图8是与圆周方向馈电的以往技术有关的图，(a)是带凸条的轴状构 件的中央部分的平面图，(b)是其部分放大图，(c)是带凸条的轴状构 件的侧视图(端面图)，(d)是其部分放大图；图9是与轴线方向馈电的以往技术有关的图，(a)是带凸条的轴状构 件的中央部分的平面图，(b)是其部分放大图，(c)是带凸条的轴状构件的侧视图(端面图)，(d )是其部分放大图。 标号说明IO...轴状构件(带凸条的轴状构件、螺旋构件)ll...基底圆周面(轴部表面)12...凸条(螺紋牙部) 13...驱动端部 14...小直径轴部(平行部) 15...中直径轴部(斜坡部、锥形部) 16...大直径轴部(平行部) 17...加热区域21...轴线方向馈电感应器(圆周方向磁通量产生感应器、第一感应器)22...圆周方向馈电感应器30...感应加热装置32…圆周方向馈电感应器(轴线方向磁通量产生感应器、第二感应器)33...从动端支撑W^34...驱动端支撑^J35...电动马达(旋转机构)36...轴线方向馈电用高频电源37...圆周方向馈电用高频电源50...感应加热装置51...轴线方向馈电感应器(第一感应器) 52...圆周方向馈电感应器(第二感应器)
具体实施方式
首先引用图l对本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法的栖^要进 行说明，接下来对本发明的带凸条的轴状构件的感应加热装置的几个实施 方式(笫一、第二方式)进行说明，然后对基底圆周面(轴状构件的轴部) 与轴线方向馈电感应器(第一感应器)之间的相对间隔的具体的设定方法(第三方式)进行说明。图l表示本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法的概要，u)是 轴径变化的带凸条的轴状构件io的平面图，(b)是该轴状构件io、鞍形的轴线方向馈电感应器21 (第一感应器)和圆周方向馈电感应器22 (第二 感应器)的平面图，(c)是带凸条的轴状构件10的中央部分的平面图， (d)是其部分放大图，(e)是带凸条的轴状构件10的侧视图(端面图)， (f)是其部分放大图。另外，在图1 (d) 、 (f)中，带中心点圆圏表示 贯穿纸面的电流，带箭头双点划线表示沿着纸面的电流。在本发明中，加热对象物与以往同样，是射出成形机、挤压成形机等 中所使用的螺旋构件那样的带凸条的轴状构件10，该轴状构件10 (参照图 1 (a))，在自身的外周表面具有沿着横切自身的轴线的方位延伸的凸条。 只要由能够进行感应加热的钢材等构成母材，可以在加热区域17上实施被 覆，也可以不实施，另外，在加热区域17轴部的直径可以固定也可以变化。 通过将馈电方向不同的两个感应器21 、22接近这样的轴状构件10配置(参 照图1 (b))，并向这些感应器21、 22中馈送高频电流，从而在轴状构 件10的表层部分产生感应电流，以对轴状构件10进行感应加热。作为该感应器之一的轴线方向馈电感应器21 (第一感应器)，为与以 往相同的例如鞍形感应器，具有沿着轴状构件10的轴线配置在轴状构件 10的加热区域17的全长上、在沿着该轴线的方向上馈电的感应作用部。 从而，在从未图示的高频电源向轴线方向馈电感应器21馈送高频电流时， 在轴状构件10内产生在与轴线垂直的面内通过的磁通量，由此在轴状构件 IO的表层部分内流过轴线方向的感应电流。此时，在馈电频率处于适当的 范围内时，具体地说，在将轴线方向馈电感应器21的馈电频率设定得比较 低，以使超过磁性转变点的温度区域下的扩散深度&超过凸条宽度t的一 半时，在轴状构件10的轴部的基底圆周面11中流过高密度的感应电流(参 照图1 (d)中的带箭头双点划线以及图1 (f)中的带中心点圆圏)，在轴 状构件10的凸条12中基本上不流过感应电流。另外，上述感应器中剩下的圆周方向馈电感应器22 (第二感应器)，是一边在轴状构件10的轴线方向移动一边工作的感应器，也可以是与已经叙述过的以往同样的短的(宽度窄的)环状感应器，但从配合的情况和间 隙设定的自由度等观点出发，优选为短的(宽度窄的)圆弧状感应器(参照后述的图3的感应器52)。在任何一种方式中，圆周方向馈电感应器22 都具有在沿着轴状构件10的圆周方向的方向上馈电的感应作用部。从而， 在从未图示的高频电源向圆周方向馈电感应器22馈送高频电流时，在轴状 构件10内产生沿着与由轴线方向馈电感应器21产生的磁通量垂直的轴线 的方向的磁通量，由此在轴状构件10的表层部分中在轴线方向的一部分区 间内流过圆周方向的感应电流。此时，由于与凸条12的耦合系数比与基底 圆周面11的耦合系数大，所以在对圆周方向馈电感应器22与凸条12的顶 部的相对间隔等进行调整后，在轴状构件10的凸条12中流过高密度的感 应电流(参照图1 (d)中的带中心点圆圏以及图1 (f)中的带箭头双点划 线)，在轴状构件10的轴部的基底圆周面11中基本上不流过感应电流。此时，轴线方向馈电感应器21和圆周方向馈电感应器22的馈电频率 都被设定为IGBT的推荐水平，使用低价的高频电源使义够。另外，轴线 方向馈电感应器21的调整与轴状构件10的轴部的基底圆周面11有关地进 行，圆周方向馈电感应器22的调整与轴状构件10的凸条12有关地进行， 通过分别地进行这些调整，基底圆周面11和凸条12都迅速且可靠地升温， 从而,皮感应加热。另夕卜，当对轴线方向馈电感应器21以适当的馈电频率馈送高频电流从 而进行轴线方向全长的加热时，轴状构件10的表层面中凸条12以外的基 底圆周面11 (槽底部)的温度在超过磁性转变点后还顺利地上升从而达到 所希望的处理温度。此时，凸条12的温度由于来自基底圆周面11的热传 导多少有些上升，但在磁性转变点附近达到饱和从而不会继续升温，所以 仅通过由轴线方向馈电感应器21进行的感应加热无法到达处理温度。当在 该状态下，向圆周方向馈电感应器22馈送高频电流从而进行圆周方向的感 应加热时，包括磁性转变点附近的升温停止的解除在内，能够以很少的电 功率迅速地将凸条12的温度上升到所希望的温度。这样先进行轴线方向的全长加热，接下来进行凸条的加热，在感应器22通过时的基底圆周面11 的升温状态在长度方向均匀这一点上比较合理，但即使同时加热，只要条 件具备便不会有问题。对于本发明的带凸条的轴状构件的感应加热装置的一个实施方式(第 一方式)，引用附图对其结构进行说明。图2中，(a)是感应加热装置 30的立体图，(b)是轴线方向馈电感应器21、圆周方向馈电感应器32 和带凸条的轴状构件10的立体图，(c)是其A-A剖面向视图。该感应加热装置30 (参照图2 (a))，为了在对带凸条的轴状构件 10进行感应加热时能够独立地控制基底圆周面11的升温控制和凸条12的 升温控制，包括用于通过向轴线方向的全长输入热量和轴状构件10的旋 转对轴部的基底圆周面11进行一次加热的轴线方向馈电感应器21 (第一 感应器)，用于通过向轴线方向的全长输入热量和轴状构件10的旋转对凸 条12进行一次加热的圆周方向馈电感应器32 (第二感应器)，水平支撑 轴状构件10从而使其围绕轴心旋转的轴状构件支撑旋转装置33~35，和 用于向感应器21、 32分别馈送高频电流的两个高频电源36、 37。高频电源36、 37,都是感应加热用的一般的电源装置(例如参照特开 2005-120415)，作为规格所要求的馈电频率不超过25kHz，所以在频率输 出段电路上使用IGBT等的比较低价的部件即可。在该例子中高频电源36、 37都固定设置。其中，高频电源36，是向轴线方向馈电感应器21馈送高 频电流的电源，输出大，所以为例如水冷式的。另一方面，高频电源37 是向圓周方向馈电感应器32馈送高频电流的电源，输出小，所以为例如风 冷式的。轴状构件支撑旋转装置33~35,为了将轴状构件IO保持为水平，包 括将轴状构件10的从动端部支撑得能够绕轴旋转的轴承等从动端支撑机 构33，和将轴状构件10的驱动端部13保持得能够旋转传动的卡爪等驱动 端支撑机构34。还包括使轴状构件10围绕轴心旋转的旋转驱动用的电动 马达35，其旋转输出轴直接或经由适当的传动机构、调心机构而连结在驱 动端支撑机构34上。除此之外，还适当设置有未图示的位置调整机构、电气绝缘用构件、散热用构件、安全确保用构件等。轴线方向馈电感应器21 (参照图2 (b) 、 (c))，如上所述是鞍形 的感应器，具有沿被水平支撑在轴状构件支撑旋转装置33 ~ 35上的轴状构 件10的加热区域17的全长的感应作用部，该感应作用部由铜等电的良导 体构成，沿着轴状构件10的轴线配备。从而，在从轴线方向馈电用高频电 源36馈送高频电流时，该高频电流向沿着轴状构件10的轴线的方向(在 该例子中是平行地)流动。虽然省略了图示，但ii可以进行由适当的通水 等进行的强制冷却。圆周方向馈电感应器32 (参照图2 (b) 、 (c)),具有在被轴状构 件支撑旋转装置33 ~ 35水平支撑的轴状构件10的加热区域17的全长上的 感应作用部，该感应作用部由铜等电的良导体构成，沿着轴状构件10的轴 线配备。感应作用部为与将圆筒纵向大致两等分之后的半圆筒接近的形状， 它被配置在偏靠轴状构件10的内侧。另外，在感应作用部的外侧配置与分 割半圆筒接近的形状的良导体，所谓的分割半圆筒是把将半圆筒再纵向两等分之后的四分之一圆筒并列起来而成的，这些内外重叠配置的半圆筒彼 此在圆周方向的两端互相短路，外侧的分割半圆筒的分割端被分别连结在 圆周方向馈电用高频电源37的电流输出构件上。从而，在从圃周方向馈电 用高频电源37馈送高频电流时，该高频电流向沿着轴状构件10的圆周方 向的方向(在该例子中是在与轴心垂直的面内圆弧状地)流动。虽然省略 了图示，但还可以进行由适当的通水等进行的强制冷却。这些感应器21、 32,为了不会M性地干涉，夹着轴状构件10分开 配置在互相相反一侧(在图中是上下隔离地相对配置)。另外，对于感应 作用部，如上所逸磁通量在轴线方向和圆周方向上垂直，所以没有磁性的 干涉，但在为了在除感应作用部以外的场所也消除由交链(磁链)等引起 的磁性干涉，从而需要附加千涉回避部件时，也可以例如确保充分的迂回 通路或适当配置未图示的强磁性体。在^f吏用该感应加热装置30对带凸条的轴状构件10进行感应加热时， 在使感应器21、 32的感应作用部与轴状构件10的加热区域n相对的状态下， 一边用电动马达35使轴状构件10围绕轴心旋转， 一边从高频电源36 向轴线方向馈电感应器21馈送高频电流，同时从高频电源37向圆周方向 馈电感应器32馈送高频电流，由此与上述的本发明的带凸条的轴状构件的 感应加热方法的概要大致同样地，对轴状构件10的加热区域17的表层面 进行感应加热。但是，圆周方向馈电感应器32与圆周方向馈电感应器22 不同，是一次加热方式的，所以不进行圆周方向馈电感应器32的移动。这里， 一边参照附图(图2 (c)、图1 (c) ~ (f)、图9 (b))和 下面的式1 式3，对感应器21、 32的馈电频率的选定进行详细叙述。图 2(c)是轴线方向馈电感应器21、圆周方向馈电感应器32和带凸条的轴 状构件10的A-A剖面向视图。另外，图1中，(c)是轴状构件10的中 央部分的平面图，(d)是其部分放大图，(e)是轴状构件10的侧视图(端 面图)，(f)是其部分放大图。进而，图9 (b)是与图1 (d)相对比的 图，是轴状构件10的凸条12周围的放大图。另外，在图1 (d) 、 (f)、 图9(b)中，带中心点的圆圏表示贯穿纸面的电流，带箭头的双点划线表 示沿着纸面的电流。该式1是用于求得效率最高地对外径D (cm)的圆柱状被加热物进行感应加热的馈电频率fl的下限的公知计算式。因此，该式表示这样的频率区域，其中感应电流的扩散深度& (-5.03 V" (p/ (juf) I )相对于圆柱件外径D的比例满足感应电流在该被加热物形 状中高狄热的公知务fr
(S/D) S (1/2.5)〗。式1<formula>formula see original document page 20</formula> :馈电频率(Hz) p :体积电阻率 (〃Q-cm) 〃 比磁导率<formula>formula see original document page 21</formula>式2该式2是用于求得效率最高地对厚度D( cm )的平板状被加热物进行 感应加热的馈电频率O的下限的7>知计算式。因此，该式表示这样的频率区域，其中感应电流的扩散深度S (=5.03 V 1p/ (//ft 1 )相对于平板的厚度D的比例满足感应电流在该被加热物形 状中高狄热的么^p务泮[(5/D) 5 (1/3.5) 1。[式3<formula>formula see original document page 21</formula>该式3是用于求得效率最高地对厚度t ( cm)的平板状被加热物进行 感应加热的馈电频率B的下限的7>知计算式。因此，该式表示这样的频率区域，其中感应电流的扩散深度3 (-5.(B (1p/ ("f) 1 )相对于平板的厚度t的比例满足感应电流在该祐力。热物形状 中高效发热的公知M[ (S/t) 5 (1/3.5) 1。另外，上述式1 ~式3中的体积电阻率(volume resistivity) p、比磁 导率(specific magnetic permeability)^是带凸条的轴状构件10的母材的物 理性质值，是超过其磁性转变点的温度区域下的值。在为了适用于带凸条的轴状构件10的感应加热而将这些式子适用于 各感应器的高频馈电时(参照图2 U),图1 (c) ~ (f))，上述式1 适用于由感应器32进行的本发明的圆周方向馈电，能够适用于基底圆周面 11也能够适用于凸条12。上述式2适用于由感应器21进行的本发明的轴线方向馈电，能够适用于基底圆周面11，但不能够适用于凸条12。上述式 3适用于仅由感应器21进行的以往的轴线方向馈电，能够适用于基底圆周 面11也能够适用于凸条12。在将式2和式1与式3相比时，其中所述式2用于通过感应器21仅高 效地加热基底圆周面11，所述式1用于通过圆周方向馈电感应器32高效 地加热凸条12,所述式3也能用于通过轴线方向馈电感应器21高效地加 热凸条12，在螺旋构件等带凸条的轴状构件IO中，相对于轴状构件外径D 为数cm，凸条宽度t为数mm，所以满足式3的区域的向轴线方向馈电感 应器21的馈电频率f3，与满足式2的区域的向轴线方向馈电感应器21的 馈电频率O和满足式1的区域的向圆周方向馈电感应器32的馈电频率n 相比，下限频率相差较大。由此可知，对于基于式2的馈电频率f2的区域中不满足基于式3的馈 电频率f3的区域的频率区域(频带)，在由该频率进行的轴线方向馈电中， 虽然进行基底圆周面11的加热，但不进行凸条12的加热。其原因是，在 感应电流横切螺紋牙状的凸条12而流动时，在凸条12的牙中上下流动的 感应电流的扩散深度S上下叠加，感应电流抵消，所以无法有效地对该深 度进行加热。特别是，在扩散深度3比凸条宽度t的一半还深时，抵消的 影响就会纟艮明显。在满足式3的向轴线方向馈电感应器21的馈电频率B 下，感应电流的抵消很少，所以在凸条12中也流过感应电流(参照图9(b) 的双点划线)，但在满足式2但不满足式3的向轴线方向馈电感应器21 的馈电频率f2下，感应电流4氐消，所以虽然感应电流在基底圆周面11中 流动，但在凸条12中很少流动(参照图1 (d)的双点划线)。另外，如果将用于通过感应器21高效加热基底圆周面11的式2与用 于通过圆周方向馈电感应器32高效加热凸条12的式1相比较，式1比式 2条件更严格，所以如果满足式l，便同时满足式2。换言之，满足式l的 区域中的向圆周方向馈电感应器32的馈电频率fl，能够兼用作满足式2 的区域中的向轴线方向馈电感应器21的馈电频率f2,对由感应器M产生 的圆周方向感应电流有利的频率变为对由感应器21产生的轴线方向感应电流也有利的频率。因此，通过^f吏用上述式l选定适当的馈电频率fl，并将其同时设定给轴线方向馈电用高频电源36和圓周方向馈电用高频电源 37，由此能够一次使馈电频率的选定操作结束。这样，感应加热装置30的馈电频率仅使用遵照上述式1的馈电频率fl 即可。因此，从该馈电频率fl的区域的下限(-2kHz)到25kHz左右的频 率范围的高频交流，能够通过卩吏用了 IGBT等的批量元件的低价的电源装 置有利地供给。然后，在使用了感应加热装置30的感应加热中，轴状构件10的轴部 的基底圆周面11的加热，通过由感应器21产生的轴线方向感应电流充分 供应；另一方面轴状构件10的凸条12的加热，通过难以产生凸条12的感 应电流的抵消的感应器32产生的圓周方向感应电流充分供应，它们能够大 致独立地控制。对于本发明的带凸条的轴状构件的其他的实施方式(第二方式)，引 用附图对其结构进行说明。图3中，(a)是感应加热装置50的立体图， (b)是轴线方向馈电感应器51、圆周方向馈电感应器52和带凸条的轴状 构件10的立体图，(c)是其A-A剖面向视图。感应加热装置50与上述的感应加热装置30不同的方面是，代替一次 加热方式的圆周方向馈电感应器32配置移动加热方式的圆周方向馈电感 应器52 (第二感应器)，伴随于此导入使圆周方向馈电用高频电源37以 及使感应器52移动的感应器移动机构53。感应器移动机构53由例如滚珠丝杠机构等构成，向与轴状构件10平 行的方向定速输送或变速输送高频电源37，由此使其移动。感应器52被高频电源37支撑为与轴状构件10的外周表面相对的状 态，伴随着高频电源37的移动，在轴状构件10的轴线方向上移动。其移 动范围包括加热区域17的全长。另外，感应器52,皮制成比上述的圆周方向馈电感应器32短的(宽度 窄的)弧状的形状，其感应作用部，以与轴状构件10的部分区间的区间长 度相当的宽度沿着该部分区间的圆周方向配置，并被在沿着该圆周方向的方向上馈电。轴线方向馈电用的鞍型感应器51 (参照图3 (b) 、 (c))，其方式、 作用都与感应加热装置30的第一感应器21相同。在使用该感应加热装置50对带凸条的轴状构件IO感应加热时，包括 圓周方向馈电感应器52的移动，与上迷的本发明的带凸条的轴状构件的感 应加热方法的概要同样地进行。此时，对高频电源36、 37所设定的馈电频 率il与感应加热装置30时相同，由IGBT的推荐水平选定。进而，轴状 构件10的轴部的基底圆周面11的温度，通过手动或由反馈控制自动调整 从高频电源36到轴线方向馈电感应器51的输入电功率，从而升到目标温 度，并维持在该温度。另外，轴状构件10的凸条12的温度，通过手动或 由反馈控制自动调整从高频电源37到圆周方向馈电感应器52的输入电功 率，从而升到目标温度，并维持在该温度。此时，由感应器51、 52的感应加热互相没有影响地独立地受到控制， 所以基底圆周面11和凸条12都被迅速地加热到所希望的温度，并稳定维 持在该温度。另外，由于移动的圆周方向馈电感应器52的加热范围较窄，所以圆周 方向馈电用高频电源37 AX冷^A够的小功率的电源即可。进而，虽然圆周方向馈电感应器52是移动加热方式的，但由于同时使 用轴线方向馈电感应器51的一次加热方式，对于通过来自轴部的传热等而 升温到磁性转变点的凸条12，其中所述轴部由感应器M加热，为了从其 磁性转变点升温到所希望温度，使用了感应器52的加热，所以所用时间比 以往的移动加热方式短。对于本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法以及装置的其他的实 施方式(第三方式)，引用附图进行说明。图4表示轴线方向馈电感应器 21、 51的感应作用部与带凸条的轴状构件10的基底圆周面11的相对间隔 gl、 g2、 g3、 g4的设定方法，U)是带凸条的轴状构件10的轴部的平面 图，(b)是轴线方向馈电感应器21、 51和带凸条的轴状构件10的轴部的 平面图。凸条12省略了图示。感应加热装置可以是上述的装置30、 50中的任意一种，在这里，以具 有外径D1的驱动端部13、基底圆周面外径D2的小直径轴部14、基底圆 周面外径D3的中等直径轴部15和基底圆周面外径D4的大直径轴部16的 轴径变化的轴状构件10为加热对象(参照图4 U))，对基底圆周面11 与第一感应器例如感应器51的相对间隔gl、 g2、 g3、 g4的具体的设定方 法进行说明(参照图4(b))。相对间隔gl、 g2、 g3、 g4分别是轴部的 轴线方向区间13、 14、 15、 16与感应器51的感应作用部的间隔。在如轴径固定的带凸条的轴状构件那样轴部的基底圓周面11的外径 一定(一级)的单纯的情况下，轴状构件10与感应器51的相对间隔也一 样即可，所以平行配置直的感应器51侵A够，但在如在这里作为对象的轴 状构件10那样，轴部具有多级外径、斜度时(参照图4(a))，对于这 里所适用的轴线方向馈电感应器51，必需通过根据轴部的基底圆周面11 的外径、斜度适当地设定基底圓周面11与感应器51的感应作用部的相对 间隔，从直的状态预先变形为折线状或曲线状，以佳羞底圆周面11的表层 面所达到的到达温度在加热区域17上大致相同。主要是，在轴线方向馈电感应器51的一次加热方式中，基于感应器 51的感应作用部与轴状构件10的轴部的基底圆周面11在轴状构件10的 加热区域17的全长上相对，并且基底圆周面11的到达温度不被束缚于圆 周方向馈电，预先对基底圆周面ll与感应器51的相对间隔gl、 g2、 g3、 g4进行调整,设定，由此能够在加热区域17的全长上实现均匀升温。感应 加热的到达温度u受感应电流Ii和热容量Cp所支配，其中热容量Cp受 外径D所支配，感应电流Ii受感应器电流Ic和耦合系数K所支配，该耦 合系数K受感应作用部宽度F和相对间隔g所支配，利用这种物理特性选 定相对间隔gl、 g2、 g3、 g4。如果使用表示该物理特性的式子详细叙述，对于感应器与感应加热对 象物的耦合系数K，将感应器的感应作用部与加热对象物的感应加热对象 面的相对间隔g、与感应作用部的宽度F的比(g/F)设为h，如果hX).5， 通过近似式[K- U/tt) tan"(h/ ( h2-0.25) }求出，如果h=0.5，通过近似式[K-0.5求出，如果h<0.5,通过近似式
K^ ( 1/tt ) taiT1(11/ ( h2-0.25) }+1
求出。使用该耦合系数K，通过式子[Ii-KIc表示感应器电流Ic和感应电 流Ii的关系。进而，如果使感应加热对象面的到达温度u与感应电流密度的平方成 比例同时与感应电流扩散部的热容量Cp成反比例，则加热部位的热容量 Cp与周长丌D和扩散深度S (p、 n、 f)的积成比例(在这里p为体积电 阻率、n为比磁导率、f为馈电频率)，所以对于到达温度u理论式[u^K2/0
应该成立，但实际上，由于存在着其他的要因的关系，所以到达温度u遵 从近似式[u-aK/DU为比例常数)。该近似式[u-aK/D表示，只要耦合系数K与轴部外径D的比p相同， 轴部的各位置的到达温度大致一定。下面，遵照上述的近似式，即遵照耦合系数K的近似式和到达温度u 的近似式，对于作为加热对象物的典型例的轴径变化的轴状构件10 (参照 图4(a))，试着进行用于本发明的均匀的感应加热的主要条件的探索和 ￡。为了使理解更加容易使用数值例，将驱动端部13的外径Dl设为50(|>, 将小直径轴部14的外径D2设为35cp,由于是斜坡部、所以取平均值将中 等直径轴部15的基底圆周面外径D3设为40(p，将大直径轴部l6的基底圆 周面外径D4设为45cp。将轴线方向馈电感应器51的感应作用部宽度F设 为15mm。通常，当在螺旋构件那样的轴状构件10上形成强化^^膜时， M 形成范围从凸条12的形成范围到没有凸条12的驱动端部13的一部分，并 且将其设为大致加热区域17，但由于驱动端部13的被，形成部的范围 较窄，而且能够另外通过圆周加热用感应器(圆周方向馈电感应器)加热 升温，所以目标是以作为形成了凸条l2的从动端部的大直径轴部16位置 为基准位置，使其升温到所希望的温度(目标温度、处理温度)。该所希 望的温yl/目标温度设为1050'C。首先，为了对比，对于将轴线方向馈电感应器51笔直与轴状构件10的轴心平行配置的情况，计算各部分13 16的耦合系数K,进而计算各部 分13 ~ 16的到达温度u (。C )。在将最小空隙设为驱动端部13的相对间隔gl-5mm时，此时由于感 应器51为笔直水平，所以小直径轴部14的相对间隔g2=12.5mm，中等直 径轴部15的相对间隔g3-10mm，大直径轴部16的相对间隔g4-7.5mm。因此，在使用上迷的耦合系数K的近似式计算各部分13 ~ 16的耦合 系数K时，在Dl-50(])， gl-5mm的驱动端部13， K=0.626。在D2-35cp， g2-12.5mm的小直径轴部14, K=0.344。在D3-40(p， g3-10mm的中等直 径轴部15, K=0.410。在D4-45cp, g4=7.5mm的大直径轴部16， K=0.5。另外，各部分的到达温度u遵从上述的近似式
u-aK/D(a为比例常 数，K为耦合系数，D为外径)，对于基底圓周面外径D4-45(p、相对间 隔g4=7.5mm、耦合系数K-化5的基准位置的大直径轴部16的基底圆周面 ll的到达温度u变为1050。C时的比例常数a，将D4-45cp、 K-0.5代入上 述的到达温度u的近似式，a- (uD/K) = (1050x45/0,344) =94500。其他 的各部分14 16的耦合系数K和外径D不同，但比例常数a相同，所以 使用该值的比例常数a和上述的到达温度u的近似式，计算剩下的各部温 度。于是，在D3-40(p， g3=10ram， K-0.410的中等直径轴部15，到达温 度u2= (aK/D) = (94500x0.41/40 ) =969 (。C )。另外，在D2-35cp, g2=12.5mm, K-0.344的小直径轴部14，到达温 度u3=929 (。C )。而且，在通过计算求驱动端部13的到达温度ul时，由于Dl-50(p， gl=5mm, K-0.626,所以到达温度ul=1183 (°C )。可是，驱动端部13 的热容量在轴方向上大，向不与感应器51相对的部分逃逸的热量较多，所 以实际上不会上升到上述的计算值。如果对上述的计算进行整理，u2=929。C， u3=969°C， u4-1050。C，没 有均匀地升温，所以将基准位置重新定为到达温度较小的小直径轴部l4, 对想要均匀地升温的小直径轴部14、中等直径轴部15、大直径轴部16再计算能够均匀升温的相对间隔g2、 g3、 g4。从上述的到达温度u的近似式 可知，如果使耦合系数K与外径D的比p在各部分14 16都相同，则它 们的到达温度u2 u4大致一定，所以在这里，基于耦合系数K，通过计 算从外径D求得能够均匀升温的相对间隔g。为此作准备，对耦合系数K 的近似式变形，解出相对间隔g，并进4亍整理，得到下面的相对间隔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>如上所述在感应器51笔直的对比条件下暂时确定基准位置的相对间 隔g,然后按顺序计算各部分的耦合系数K、共同的比例常数a、各部分的 到达温度u，这是以能够均匀升温的相对间隔g的调整为目的的，所以将 感应器51弯折成三部分(参照图4(b))，为了将小直径轴部"与相对 部分ml的相对间隔g2、中等直径轴部15与相对部分m2的相对间隔g3、 大直径轴部16与相对部分m3的相对间隔g4分别选定为适当值，暂时确 定基准位置的相对间隔g,然后计算共同的比P，使用该比计算各部分的优 选的耦合系数K和相对间隔g。进而，为了进行机上确认，也进行共同的 比例常数a和各部分的到达温度u的计算。这样一来，在作为此时的基准位置的小直径轴部l4中，D2=35cp， g2=12.5mm, K-0.344,所以比|3=K/D=0.344/35=0.00983。然后，使用该 共同的比P，计算其他各部分15、 16的均匀升温的适当的耦合系数K和相 对间隔g。另外，感应作用部宽度F保持为15mm。在中等直径轴部15， D3-40cp，所以优选的是，耦合系数K,D=0.393， 相对间隔优选为<formula>formula see original document page 28</formula>。但是，由于10.6mm这样的零头的尺寸难以管理，所以将中等直径轴部15的相对间隔g3设为10.5mm。用该g3-10.5mm再计算耦合系 数K，得出K= 0.395。同样，对于D4-45(p的大直径轴部16，耦合系数K-0.442,相对间隔 g=9.0mm。然后，为了确认，使用这些新选定的相对间隔g2、 g3、 g4和各自的耦 合系数K，再计算各部分14 16的到达温度u。将D2=35cp， g2=12.5mm的小直径轴部14的到达温度u2设为1050°C 的比例常数a为，a=uD/K=1050x35/0.344=106831。使用该a，在D3-40cp， g3=10.5mm的中等直径轴部15的位置，到达 温度u3=aK/ D =106831x0.395/40=1055.0"。另外，在D4-45(p， g4=9.0mm的大直径轴部16，到达温度u4-aK/D =106831x0.442/45=1049.3 。C。将以上的结果进行整理，各部分14 ~ 16的到达温度分别为u2=l050 'C 、 u3=1055.0。C、 u4=l049.3。C，可以i兌大致均匀地升温。该计算到底是在没有凸条12的情况下进行的，忽视了凸条12的热容 量和作为散热板的功能，所以严格地讲并不正确，但可以作为基准，可以 作为基本设计的指针来充分^f吏用。在实际应用时，增加考虑试验品的加热 试验的结果等，确定最终的相对间隔gl、 g2、 g3、 g4。 (实施例1)对于本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法以及装置的实施例 1，引用附图对其具体的结构进行说明。图7是轴径变化的带凸条的轴状构 件10的平面图。使用图3的感应加热装置50，将鞍形的轴线方向馈电感 应器51的感应作用部如图4(b)那样形成为折线状，并进行了相对间隔 g2、 g3、 g4的调整。带凸条的轴状构件10的构造和物理特性如下所述(参照图5)。材质 SCM410体积电阻率p-別(nQ-cm )比磁导率n-l ( p、 n在超过磁性转变点的温度区域)前一工序被覆的膜层材质Ni自熔合金(JISSNFi2) 前一工序被覆的膜厚度 0.4 ~ 0.6mm 熔化处理温度 1050±25°C尺寸 全长 L0=1380mm 凸条宽度t-6.5mm驱动端部Ll=380mm Dl=50<p (最小直径部)小直径轴部L2=500mm D2=35(p(斜坡部)中等直径轴部L3=310mm D3=40(p (平均) (从动端)大直径轴部L4-l卯mm D4=45<p用上述式1从最小轴径D2=35cp求出感应器51、 52的馈电频率fl，设 定给高频电源36、 37。即，fl^310p/nD^310x80/(lx3.52)=2024，所以选定适当的整数馈电 频率n-2400Hz。这正在IGBT的推荐水平。顺便提一下，用上述式3求出用于高效加热凸条宽度t的馈电频率B， f32 158p/nt^l58x別/ (lx0.652) =29920Hz。这比本发明的馈电频率fl的 下限值高得悬殊，超过IGBT的推荐水平。对凸条12移动加热的圆弧状的圆周方向馈电感应器52的感应作用部 的尺寸设为，整个圆弧长6=80。，宽度F-10mm，相对间隔g0-5mm。另一方面，对差^底圆周面ll进行一次加热的鞍形的轴线方向馈电感应 器51的感应作用部的尺寸设为(参照图4 (b))，全长m0=1130mm， 驱动端重叠量-80mm，从动端重叠量-50mm，感应作用部宽度F=15mm, 进行与上述的第三方式同样的计算，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。使用这样进行了用于均匀升温的选定、设定之后的感应加热装置50, 执行带凸条的轴状构件10的感应加热。将由鞍形的轴线方向馈电感应器51进行的加热条件设为，馈电频率fl=2400Hz，加热电功率Pl=130kW,加热时间=3分钟，另夕卜， 一边用例如》文射温度计测定轴状构件10的轴部中作为相对间隔 选定的基准位置的小直径轴部14的基底圆周面11的温度， 一边增减调整 从高频电源36向感应器51的输入电功率Pl,以使其到达温度u2变为所 希望的温度1050°C。其结果，轴状构件10的轴部的基底圆周面11的到达温度在加热区域 17的全长上收敛在1050土10。C，均匀地升温。然后，将由圆弧状的圆周方向馈电感应器52进行的加热条件设为，馈 电频率fl-2400Hz,加热电功率P2-15 45kW，移动速度-10mm/s。另外， 一边测定轴状构件10的凸条12的温度， 一边增减调整从高频 电源37向感应器52的输入电功率P2，以使其到达温度u变为所希望的温 度1050。C。进而，计测到达了所希望的温度1050。C的凸条12的环状区域的轴线 方向宽度，根据该宽度和处理温度保持时间对移动速度进行加减调整。其结果，轴状构件10的凸条12的到达温度在加热区域17的全长上也 收敛在1050土10。C，均勾地升温。顺便提一下，为了对比，示出轴线方向馈电感应器51为笔直的情况， 该感应作用部的尺寸设为，全长m0-1130mm,驱动端重叠量-80mm,从 动端重叠量-50mm,感应作用部宽度F-15mm，进而Dl-50cp， gl-5mm， 此时，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，此时没有均匀地升温。 (实施例2 )对于本发明的带凸条的轴状构件的感应加热方法以及装置的实施例 2,引用附图对其具体的结构进行说明。图6是轴径变化的带凸条的轴状构 件10的平面图。在这里也使用图3的感应加热装置50,将鞍形的轴线方向馈电感应器51的感应作用部如图4(b)那样形成为折线状，并进行了 相对间隔g2、 g3、 g4的调整。带凸条的轴状构件10的物理特性如下所述(参照图6) ■>材质 SCM410体积电阻率p=80 ( nQ-cm)比磁导率(p、 n在超过磁性转变点的温度区域) 前一工序被覆的膜层材质Ni自熔合金(JIS SNFi2 ) 前一工序被覆的膜厚度 0.4~0.6mm 熔化处理温度 1050土25。C尺寸 全长 L0=1120mm 凸条宽度片5.0mm驱动端部Ll=300mm Dl=40q> (最小直径部)小直径轴部L2=420mm D2=27cj>(斜坡部)中等直径轴部L3=250mm D3=31.5(|> (平均) (从动端)大直径轴部L4=150mm D4=36q> 用上述式l从最小轴径D2-27q)求出感应器51、 52的馈电频率fl，设 定给高频电源36、 37。即，f^310p/jnD22310x80/(lx2.72) =3401，所以选定适当的整数馈电 频率fl-3600Hz。这正在IGBT的推荐水平。顺便提一下，用上述式3求出用于仅通过轴线方向馈电高效加热凸条 宽度t的馈电频率f3, f32 158p/nt2S158x80/( lx0.52 )-50560Hz，超过IGBT 的推荐水平。对凸条12移动加热的圆孤状的圆周方向馈电感应器52的感应作用部 的尺寸设为，整个圆弧长0=80°，宽度F-10mm，相对间隔g0-4mm。另一方面，对基底圆周面ll进行一次加热的鞍形的轴线方向馈电感应 器51的感应作用部的尺寸"^殳为(参照图4(b)),全长m0-940mm，驱 动端重叠量-70mm，从动端重叠量-SOmm，感应作用部宽泉F-lSmm,进 行与上述的第三方式同样的计算，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使用这样进行了用于均匀升温的选定、设定之后的感应加热装置50， 执行带凸条的轴状构件10的感应加热。将由鞍形的轴线方向馈电感应器51进行的加热条件设为，馈电频率 fl=3600Hz，加热电功率Pl=95kW，加热时间=2分钟，这时轴状构件10 的轴部的基底圆周面11的到达温度在加热区域17的全长上收敛在1050土 10°C，均匀地升温。然后，将由圆弧状的圆周方向馈电感应器52进行的加热条件设为，馈 电频率fl-3600Hz,加热电功率P2-6 20kW,移动速度-10mm/s，此时， 轴状构件10的凸条12的到达温度在加热区域17的全长上也收敛在1050 土10。C，均匀地升温。这里也为了对比，表示出轴线方向馈电感应器51为笔直的情况，其感 应作用部的尺寸i殳为，全长m0-940mm，驱动端重叠量-70mm，从动端重 叠量-50mm，感应作用部宽度F-15mm，进而Dl=40<p， gl=4mm，此时， 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此时没能均匀地升温。顺^f更提一下，也计算驱动端部13的到达温度ul,在Dl-40 (p、 gl=4mm 的位置，ul=aK/D =63158 x 0.688/40=1140。C。但是，由于驱动端部13大 部分偏离出感应器S1，所以温度不会上升到1140°C。 (其他)另外，在上述实施方式中，对轴状构件IO水平支撑，但轴状构件IO 的支撑也可以是垂直或倾斜。另夕卜，在上述实施方式中，圆周方向馈电感应器52的移动速度是固定 的，但也可以是变化的。
权利要求
1. 一种带凸条的轴状构件的感应加热方法，所述轴状构件在自身的外周面上具有沿着横切自身的轴线的方位延伸的凸条，所述感应加热方法通过对与该轴状构件接近配置的感应器馈送高频电流，使所述轴状构件的表层部分产生感应电流，来感应加热该轴状构件，其特征在于作为所述感应器，同时配置有第一感应器和第二感应器，在使所述轴状构件沿着轴心旋转的同时对该第一感应器和第二感应器馈送高频电流，由此进行所述感应加热，所述第一感应器具有在所述轴状构件的待加热区域的整个长度上沿着所述轴线的方向配置的、在沿着该轴线的方向上被馈电的感应作用部，从而在该轴状构件内产生在与该轴状构件的轴线垂直的面内通过的磁通量，所述第二感应器具有在沿着所述轴状构件的圆周方向的方向上被馈电的感应作用部，从而在该轴状构件内产生与由所述第一感应器产生的磁通量垂直的即沿着所述轴状构件的轴线的方向上的磁通量。
2. 如权利要求1所述的带凸条的轴状构件的感应加热方法，其特征 在于作为所述第二感应器，配备有能够对所述轴状构件的轴线方向的部分 区间进行感应加热的感应器；在使该感应器在所述轴状构件的轴线方向上移动的同时对该感应器馈 送高频电流，从而对所述轴状构件在其待加热区域的整个长度上进^f亍感应 加热。
3. 如权利要求1或2所述的带凸条的轴状构件的感应加热方法，其 特征在于将所述第一感应器的感应作用部与所迷轴状构件上占所述凸条 的谷底的基底周面之间的相对间隔设定为使得该基底周面的升温在所述轴 状构件的轴线方向上均匀，从而进行所述感应加热。
4. 如权利要求1~3中的任意一项所述的带凸条的轴状构件的感应 加热方法，其特征在于在使所述轴状构件升温到超过其磁性转变点的温度时，将该轴状构件的外径D、以及都在超过磁性转变点的温度区域下的体积电阻率p和比磁 导率H的值代入下述式(1 )，求出以所述第二感应器的超过,磁性转变点的 温度区域为目的的适宜馈电频率区域，然后将该频率区域内的高频馈电适 用于所述第 一感应器和所述第二感应器双方；其中所述式(1)，是根据公知知识求取与通过由所述第二感应器产生 的沿着所述轴线的方向上的磁通量在所述轴状构件的圆周方向上产生所述 感应电流的形式的感应加热相对应的、馈电频率fl的以加热效率为目的的 适宜区域的公式；
5. 如权利要求2~4中的任意一项所迷的带凸条的轴状构件的感应 加热方法，其特征在于通过调整向所述第一感应器输入的电功率，从而进行对于所迷轴状构 件上占所述凸条的谷底的基底周面的升温的调整；对于所述第二感应器，配备能够对所迷轴状构件的轴线方向的短区间 进行感应加热的感应器，通过调整向该感应器输入的电功率及该感应器的 上述轴线的方向上的移动速度的至少一方来进4亍所述凸条的升温的调整。
6. 如权利要求1 ~5中的任意一项所述的带凸条的轴状构件的感应 加热方法，其特征在于进行所述感应加热从而对在前一工序中形成于所 述轴状构件的表面上的金属类的被覆层实施熔化处理。
7. —种带凸条的轴状构件的感应加热装置，其特征在于，包括 轴状构件支撑旋转装置，其支撑所述轴状构件并使该轴状构件围绕轴心旋转；第一感应器，其具有在由所述支撑旋转装置支撑着的所述轴状构件的 待加热区域的整个长度上沿着所述轴状构件的轴线配备的、在沿着该轴线^D2的方向上,皮馈电的感应作用部；第二感应器，其具有以与所述轴状构件的轴线方向的待加热的区间长 度相当的宽度沿着该轴状构件的圆周方向配置、在沿着该圆周方向的方向 上被馈电的感应作用部；感应器移动机构，其用于使该第二感应器在所述轴状构件的轴线方向 上移动；和用于向所述第一感应器和第二感应器分别馈送高频电流的两个高频电源。
全文摘要
本发明的目的在于沿袭生产率优异的一次加热方式，而且为了避免成本上升而使馈电频率下降，使得即使对于轴径变化的轴状构件(10)也能容易地进行升温均匀化的调整。在轴状构件(10)的感应加热时，在加热区域(17)的整个长度上同时配置有轴线方向馈电感应器(21)和移动加热方式的圆周方向馈电感应器(22)，一边使使轴状构件(10)围绕轴心旋转一边对感应器(21)、(22)馈送高频电流。通过这样的加热装置的两个系统化，能够独立地进行轴线方向馈电感应器(21)的相对于基底圆周面(11)的调整和圆周方向馈电感应器(22)的相对于凸条(12)的调整，所以成本不高便能高效生产出优质品。
文档编号H05B6/02GK101282598SQ20071009227
公开日2008年10月8日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者多田文明, 渡边康男 申请人:第一高周波工业株式会社