JP4170171B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱を利用した熱処理装置及び熱処理方法に関する。

従来、誘導加熱を利用して鋼を熱処理する様々の熱処理方法が知られている。このような熱処理方法の一つとして、ワークの一部分だけに誘導加熱コイルを近接配置しておき、この誘導加熱コイルでワークの一部分を誘導加熱し、その後、ワークを回転させてワークの他の部分を誘導加熱コイルに近接させ、この他の部分を誘導加熱してワーク全体を所定温度まで誘導加熱する熱処理方法が知られている。ワークを回転させるためには、ワークを支持している支持部材を回転させるモータなどの駆動源が必要となる。

上述したように、ワークの一部分が所定温度まで誘導加熱された後にワークを回転させて他の部分を誘導加熱することにより、ワーク全体が均一に誘導加熱される。ワークを回転させ始めるタイミングは、ワークの一部分が所定温度まで誘導加熱された直後であるが、駆動源の機械的、電気的な誤差に起因してこの回転開始のタイミングがずれるおそれがある。回転開始のタイミングが早くても遅くてもワーク全体を均一に誘導加熱できないこととなる。

本発明は、上記事情に鑑み、例えば螺旋状部材やコイルばねなどのワークを回転させても均一に誘導加熱できる熱処理装置及び熱処理方法を提供することを第１の目的とする。

ところで、上記した誘導加熱を利用した熱処理の一つとして、自動車用エンジンに組み込まれる弁ばねなどのコイルばねを焼入れする熱処理が知られている。弁ばねとは、自動車用エンジンのカムの形状にしたがって弁を確実に開閉するためのものをいう。弁ばねは、弁ばね受と弁ばね受止め金とによって弁棒端に取り付けられる。また、コイルばねとしては、自転車やバイク用フロントフォークのサスペンションばね、産業機械用のコイルばねなどが知られている。

弁ばね等のコイルばねを製造する製造方法としては、例えば、長尺の素材に焼入れ焼戻しを施し、その後、この素材を適宜の長さに切断してコイル状に巻いて所定長さのコイルばねを製造する方法が知られている。この製造方法では、焼入れによって硬化した素材を切断したりコイル状に巻いたりするので、これら切断作業や巻く作業が困難であり、また、切断装置の寿命が短くなるという問題がある。

この問題を解決するコイルばね製造方法として、長尺の素材に焼入れ焼戻しを施さずにこの素材を適宜の長さに切断してコイル状に巻いて所定長さのコイル状部材を作製しておき、このコイル状部材に焼入れ焼戻しを施してコイルばねを製造する製造方法が知られている。コイル状部材を焼入れする際には誘導加熱が利用されることがある。

誘導加熱を利用してコイル状部材を焼入れする際には、このコイル状部材の外周面に沿って外周方向に螺旋状に延びる誘導加熱コイルを配置してコイル状部材を焼入温度に誘導加熱する。このようなコイル状部材は、短時間（例えば約５秒間）の誘導加熱ではその全体を均一に加熱しにくい。従って、コイル状部材を誘導加熱する際には長時間（例えば数十秒）誘導加熱する。

上記したコイル状部材には、その長手方向両端が他の部分に接触していないオープンタイプと、その長手方向両端がそれよりもやや内側部分に接触しているクローズタイプ等が知られている。

オープンタイプのコイル状部材を長時間にわたって誘導加熱する場合、コイル状部材の中央部分（長手方向両端部以外の部分）では熱が近傍部分に伝導するので、この中央部分がオーバーヒート（過熱）するおそれは無いが、コイル状部材の長手方向両端部では熱を伝導できる部分が中央側部分しかないので、オーバーヒートすることがある。オーバーヒートした長手方向両端部は、結晶粒が粗大化するなどの問題が生じる。クローズタイプのコイル状部材を長時間にわたって誘導加熱する場合、長手方向両端部には短絡電流が流れるので長手方向両端部はオーバーヒートする。

上述したようにコイル状部材がオープンタイプであってもクローズタイプであっても、短時間の誘導加熱では全体を均一に誘導加熱しにくく、長時間の誘導加熱では長手方向両端部がオーバーヒートするおそれがある。このため、焼入れされたコイルばねの組織が均一にならないので硬さにばらつきを生じることがあり、品質が低下するおそれがある。

一方、長尺の素材に焼入れ焼戻しを施した後にこの素材をコイル状に巻く製造方法では、上述したように、硬化した素材を切断したりコイル状に巻いたりするので、これら切断作業や巻く作業が困難であり、また、切断装置の寿命が短くなる。このため、工数が増えて製造コストが上がる。

本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも安価で高品質のコイルばねを製造するためのコイルばね熱処理方法及びコイルばね熱処理装置を提供することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するための本発明の第１の熱処理装置は、
（１）所定の回転軸を中心にしてワークが自在に回転するように該ワークを支持する支持手段と、
（２）該支持手段に支持されているワークのうち前記回転軸に並行に延びる帯状部分を誘導加熱する、固定された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするものである。

上記第１の目的を達成するための本発明の第２の熱処理装置は、
（３）所定の回転軸を中心にしてワークが自在に回転するように該ワークを支持する支持手段と、
（４）該支持手段に支持されているワークのうち前記回転軸に並行に延びる帯状部分に向き合って配置された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするものである。

上記第１の目的を達成するための本発明の第３の熱処理装置は、
（５）その長手方向に延びる回転軸を中心にして柱形状のワークがその外周方向に自在に回転するように該ワークを支持する支持手段と、
（６）該支持手段に支持されている前記ワークの外周面のうち前記回転軸に並行に延びる帯状部分に向き合って配置された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするものである。

上記第１の目的を達成するための本発明の第４の熱処理装置は、
（７）筒状のワークの中空部に挿入されて該ワークをその外周方向に回転自在に支持する、該ワークの長手方向に延びる棒状の支持手段と、
（８）該支持手段に支持されている前記ワークの外周面のうち前記支持手段に並行に延びる帯状部分に向き合って配置された、前記支持手段に並行に延びる誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするものである。

上記した筒状のワークとは、パイプ状のワークも含む概念である。

ここで、
（９）前記支持手段は、所定の磁気変態点以下では強磁性体であって、該磁気変態点を超えたときに常磁性体に変化するワークを支持するものであってもよい。

また、
（１０）前記支持手段は、前記ワークを支持する支持位置から該ワークを支持せずに落下させる落下位置まで移動するものであり、
（１１）該支持手段に支持されたワークの下方に配置された、冷却液が収容される冷却槽を備えてもよい。

さらに、
（１２）前記誘導加熱コイルは、前記ワークを挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイルを有するものであってもよい。

さらにまた、
（１３）前記誘導加熱コイルは、長方形状の誘導加熱コイルであって、
（１４）前記支持手段は、前記長方形状の誘導加熱コイルの一対の長辺に挟まれた位置で、これら一対の長辺に並行に延びるワークを支持するものであってもよい。

上記第１の目的を達成するための本発明の第５の熱処理装置は、
（１５）所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する線材を螺旋状に形成した螺旋状部材の中空部に挿入されて該螺旋状部材をその外周方向に回転自在に支持するセラミック製の支持棒と、
（１６）該支持棒に支持されている前記螺旋状部材の外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に向き合って配置された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするものである。

ここで、
（１７）前記誘導加熱コイルは、前記螺旋状部材を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイルを有するものであってもよい。

また、
（１８）前記一対の部分コイルは、前記螺旋状部材の外周面に沿ってその長手方向に延びるものであって、
（１９）前記支持棒は、前記一対の部分コイルに挟まれた位置で、これら一対の部分コイルに並行に延びるものであってもよい。

さらに、
（２０）前記支持棒は、前記螺旋状部材を支持する支持位置から該螺旋状部材を支持せずに落下させる落下位置まで移動するものであり、
（２１）該支持棒に支持されたワークの下方に配置された、冷却液が収容される冷却槽を備えてもよい。

また、上記第１の目的を達成するための本発明の第１の熱処理方法は、
（２２）所定の回転軸を中心にしてワークが自在に回転するように該ワークを支持しておき、
（２３）該ワークのうち前記回転軸に並行に延びる帯状部分に誘導加熱コイルを近接させてこの帯状部分を誘導加熱し、
（２４）該帯状部分が所定温度を超えたときに前記ワークが磁力で回転して、前記帯状部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されることを特徴とするものである。

上記第１の目的を達成するための本発明の第２の熱処理方法は、
（２５）柱形状のワークをその外周方向に回転自在に支持しておき、
（２６）この柱形状のワークの外周面のうちこの柱形状のワークの高さ方向に延びる帯状部分に誘導加熱コイルを近接させてこの帯状部分を誘導加熱し、
（２７）該帯状部分が所定温度を超えたときに前記柱形状のワークが磁力で回転して、前記帯状部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されることを特徴とする熱処理方法。

上記第１の目的を達成するための本発明の第３の熱処理方法は、
（２８）筒状のワークの中空部に挿入された棒状の支持手段で該ワークをその外周方向に回転自在に支持しておき、
（２９）前記支持手段に支持されている前記ワークの外周面のうち前記支持手段に並行に延びる帯状部分に誘導加熱コイルを近接させてこの帯状部分を誘導加熱し、
（３０）該帯状部分が所定温度を超えたときに該ワークが磁力で回転して、前記帯状部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されることを特徴とするものである。

上記第１の目的を達成するための本発明の第４の熱処理方法は、
（３１）所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する素材から作製された螺旋状部材の中空部にセラミック製の支持棒を挿入して該螺旋状部材をその外周方向に回転自在に支持しておき、
（３２）該支持棒に支持されている前記螺旋状部材の外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に誘導加熱コイルを近接させてこの対向部分を誘導加熱し、
（３３）これら対向部分が前記磁気変態点を超えたときに前記螺旋状部材が磁力で回転して、該螺旋状部材の外周面のうち前記対向部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されることを特徴とするものである。

ここで、
（３４）前記螺旋状部材が所定の焼入温度になったときに、前記支持棒を前記螺旋状部材の中空部から引き抜いて該螺旋状部材を、冷却液が収容された冷却槽に落下させてもよい。

本発明にいう柱形状のワークとは、円柱だけでなく、三角柱や六角柱などの角柱のものも含む概念である。

本発明にいう筒状のワークとは、円筒だけでなく、外観が三角柱や六角柱でその長手方向に延びる貫通孔が形成されたものも含む概念である。

本発明にいう螺旋状部材とは、全体形状が円筒状のものだけでなく、全体形状が円錐形、たる形、鼓形などを含む概念である。また、本発明にいう螺旋状部材とは、コイル状に巻かれたコイル状部材も含む概念である。

また、上記第２の目的を達成するためのコイルばね熱処理装置は、
（３５）所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する線材をコイル状に形成したコイルばねの中空部に挿入されて該コイルばねをその外周方向に回転自在に支持するセラミック製の支持棒と、
（３６）該支持棒に支持されている前記コイルばねの外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に向き合って配置された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするものである。

ここで、
（３７）上記の誘導加熱コイルは、前記コイルばねを挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイルを有するものであってもよい。

また、
（３８）前記一対の部分コイルは、前記コイルばねの外周面に沿ってその長手方向に延びるものであって、
（３９）前記支持棒は、前記一対の部分コイルに挟まれた位置で、これら一対の部分コイルに並行に延びるものであってもよい。

さらに、
（４０）上記の支持棒は、前記コイルばねを支持する支持位置から該コイルばねを支持せずに落下させる落下位置まで移動するものであり、
（４１）該支持棒に支持されたコイルばねの下方に配置された、冷却液が収容される冷却槽を備えてもよい。

また、上記第２の目的を達成するためのコイルばね熱処理方法は、
（４２）所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する素材から作製されたコイルばねの中空部にセラミック製の支持棒を挿入して該コイルばねをその外周方向に回転自在に支持しておき、
（４３）該支持棒に支持されている前記コイルばねの外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に誘導加熱コイルを近接させてこの対向部分を誘導加熱し、
（４４）これら対向部分が前記磁気変態点を超えたときに前記コイルばねが磁力で回転して、該コイルばねの外周面のうち前記対向部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されることを特徴とするものである。

ここで、
（４５）前記コイルばねが所定の焼入温度になったときに、前記支持棒を前記コイルばねの中空部から引き抜いて該コイルばねを、冷却液が収容された冷却槽に落下させることにより、コイルばねを焼入れできる。

ここでいうコイルばねとは、弁ばねなどのコイル状の部材を含む概念である。

本発明の第１の熱処理装置によれば、支持手段によって支持されているワークのうち回転軸に並行に延びる帯状部分が誘導加熱コイルによって誘導加熱される。所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化するワークである場合、上記の帯状部分を誘導加熱した結果、この帯状部分の温度が磁気変態点を超えたときは、この帯状部分が強磁性体から常磁性体に変化する。一方、ワークのうち帯状部分以外の部分（未加熱部分）はほとんど加熱されないので、上記した帯状部分が磁気変態点を超えても、未加熱部分は磁気変態点以下の温度であって強磁性体のままである。従って、誘導加熱コイルが生成している磁界によって未加熱部分が誘導加熱コイルに引き寄せられる。この結果、駆動モータなどが無くてもワークが自然に回転して、未加熱部分が誘導加熱コイルに誘導加熱される。このようにして、ワークのうち帯状部分に続いて未加熱部分も誘導加熱されるので、ワークのうち回転軸に並行な全部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いてワークを強制的に回転させる場合は、治具でワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具がワークに接触する接触圧が高くなってワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用してワークを自然に回転させるのでワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第２の熱処理装置によれば、支持手段によって支持されているワークのうち回転軸に並行に延びる帯状部分に向き合って配置された誘導加熱コイルによってこの帯状部分が誘導加熱される。所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化するワークである場合、上記の帯状部分を誘導加熱した結果、この帯状部分の温度が磁気変態点を超えたときは、この帯状部分が強磁性体から常磁性体に変化する。一方、ワークのうち帯状部分以外の部分（未加熱部分）は誘導加熱コイルに向き合っていないのでほとんど加熱されない。このため、帯状部分が磁気変態点を超えても、未加熱部分は磁気変態点以下の温度であって強磁性体のままである。従って、誘導加熱コイルが生成している磁界によって未加熱部分が誘導加熱コイルに引き寄せられる。この結果、駆動モータなどが無くてもワークが自然に回転して、未加熱部分が誘導加熱コイルに誘導加熱される。このようにして、ワークの帯状部分に続いて未加熱部分も誘導加熱されるので、ワークのうち回転軸に並行な全部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いてワークを強制的に回転させる場合は、治具でワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具がワークに接触する接触圧が高くなってワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用してワークを自然に回転させるのでワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第３の熱処理装置によれば、支持手段によって支持されているワークの外周面のうち回転軸に並行に延びる帯状部分に向き合って配置された誘導加熱コイルによってこの帯状部分が誘導加熱される。所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化するワークである場合、上記の帯状部分を誘導加熱した結果、この帯状部分の温度が磁気変態点を超えたときは、この帯状部分が強磁性体から常磁性体に変化する。一方、ワークの外周面の帯状部分以外の部分（未加熱部分）は誘導加熱コイルに向き合っていないのでほとんど加熱されない。このため、帯状部分が磁気変態点を超えても、未加熱部分は磁気変態点以下の温度であって強磁性体のままである。従って、誘導加熱コイルが生成している磁界の磁力によって未加熱部分が誘導加熱コイルに引き寄せられる。この結果、駆動モータなどが無くてもワークが自然に回転して、未加熱部分が誘導加熱コイルに誘導加熱される。このようにして、帯状部分に続いて未加熱部分も誘導加熱されるので、ワークのうち回転軸に並行な全部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いて柱形状のワークを強制的に回転させる場合は、治具で柱形状のワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具が柱形状のワークに接触する接触圧が高くなって柱形状のワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用して柱形状のワークを自然に回転させるので柱形状のワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第４の熱処理装置によれば、支持手段によって支持されているワークの帯状部分に向き合って配置された誘導加熱コイルによってこの帯状部分が誘導加熱される。所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化するワークである場合、上記の帯状部分を誘導加熱した結果、この帯状部分の温度が磁気変態点を超えたときは、この帯状部分が強磁性体から常磁性体に変化する。一方、ワークの外周面の帯状部分以外の部分（未加熱部分）は誘導加熱コイルに向き合っていないのでほとんど加熱されない。このため、帯状部分が磁気変態点を超えても、未加熱部分は磁気変態点以下の温度であって強磁性体のままである。従って、誘導加熱コイルが生成している磁界によって未加熱部分が誘導加熱コイルに引き寄せられる。この結果、駆動モータなどが無くてもワークが自然に回転して、未加熱部分が誘導加熱コイルに誘導加熱される。このようにして、ワークのうち帯状部分に続いて未加熱部分も誘導加熱されるので、ワークのうち支持手段に並行な全部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いて筒状ワークを強制的に回転させる場合は、治具で筒状ワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具が筒状ワークに接触する接触圧が高くなって筒状ワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用して筒状ワークを自然に回転させるので筒状ワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第５の熱処理装置によれば、支持棒によって支持されている螺旋状部材の外周面の対向部分に向き合って配置された誘導加熱コイルによってこの対向部分が誘導加熱される。この対向部分を誘導加熱した結果、この対向部分の温度が磁気変態点を超えたときは、この対向部分が強磁性体から常磁性体に変化する。一方、螺旋状部材の外周面の対向部分以外の部分（未加熱部分）は誘導加熱コイルに向き合っていないのでほとんど加熱されない。このため、対向部分が磁気変態点を超えても、未加熱部分は磁気変態点以下の温度であって強磁性体のままである。従って、誘導加熱コイルが生成している磁界によって未加熱部分が誘導加熱コイルに引き寄せられる。この結果、駆動モータなどが無くても螺旋状部材が自然に回転して、未加熱部分が誘導加熱コイルに誘導加熱される。このようにして、螺旋状部材のうち対向部分に続いて未加熱部分も誘導加熱されるので、螺旋状部材のうち回転方向に沿った全部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いて螺旋状部材を強制的に回転させる場合は、治具で螺旋状部材を掴んだり支持したりすることとなるので、治具が螺旋状部材に接触する接触圧が高くなって螺旋状部材が変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用して螺旋状部材を自然に回転させるので螺旋状部材の変形を抑制できる。

本発明の第１の熱処理方法によれば、回転自在に支持されているワークのうち回転軸に並行な帯状部分が誘導加熱される。所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化するワークである場合、上記の帯状部分が所定温度を超えたときには、この帯状部分とは異なる他の部分が磁界によって誘導加熱コイルに引き寄せられるので、駆動モータなどが無くてもワークが自然に回転して、この帯状部分とは異なる他の部分が誘導加熱コイルに近接して誘導加熱される。このようにして、ワークの帯状部分に続いて他の部分も誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されるので、ワークのうち回転軸に並行な全ての部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いてワークを強制的に回転させる場合は、治具でワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具がワークに接触する接触圧が高くなってワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用してワークを自然に回転させるのでワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第２の熱処理方法によれば、回転自在に支持されている柱形状のワークのうち棒状の支持手段に並行な帯状部分が誘導加熱される。所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する柱形状のワークである場合、上記の帯状部分が所定温度を超えたときは、この帯状部分とは異なる他の部分が磁界によって誘導加熱コイルに引き寄せられるので、駆動モータなどが無くても柱形状のワークが自然に回転して、この帯状部分とは異なる他の部分が誘導加熱コイルに近接して誘導加熱される。このようにして、柱形状のワークの帯状部分に続いて他の部分も誘導加熱コイルに近接して誘導加熱されるので、柱形状のワークのうち回転軸に並行な全ての部分が均一に誘導加熱されることとなる。また、治具等を用いて柱形状のワークを強制的に回転させる場合は、治具で柱形状のワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具が柱形状のワークに接触する接触圧が高くなって柱形状のワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用して柱形状のワークを自然に回転させるので柱形状のワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第３の熱処理方法によれば、筒状のワークの全体を均一に誘導加熱できる。また、治具等を用いて筒状のワークを強制的に回転させる場合は、治具で筒状のワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具が筒状のワークに接触する接触圧が高くなって筒状のワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用して筒状のワークを自然に回転させるので筒状のワークの変形を抑制できる。

また、本発明の第４の熱処理方法によれば、螺旋状部材の全体を均一に誘導加熱できる。また、治具等を用いて螺旋状のワークを強制的に回転させる場合は、治具で螺旋状のワークを掴んだり支持したりすることとなるので、治具が螺旋状のワークに接触する接触圧が高くなって螺旋状のワークが変形するおそれがある。しかし、本発明では、磁力を利用して螺旋状のワークを自然に回転させるので螺旋状のワークの変形を抑制できる。

また、本発明のコイルばね熱処理方法及びコイルばね熱処理装置によれば、支持棒によって支持されているコイル状部材に長方形状の誘導加熱コイルの長辺が対向するので、コイル状部材のうちこの長辺に対向する部分（対向部分）が誘導加熱される。この対向部分は、コイル状部材の外周のうち約４分の１周の部分と、これと反対側の約４分の１周の部分に相当する。これらの対向部分を誘導加熱した結果、これらの対向部分の温度が磁気変態点を超えたときは、これらの対向部分が強磁性体から常磁性体に変化する。一方、コイル状部材の外周面のうちこれら対向部分以外の部分（未加熱部分）は誘導加熱コイルに向き合っていないのでほとんど加熱されない。このため、これら対向部分が磁気変態点を超えても、未加熱部分は磁気変態点以下の温度であるので強磁性体のままである。従って、磁界によって未加熱部分が誘導加熱コイルに引き寄せられる。この結果、コイル状部材が回転して、未加熱部分が誘導加熱コイルに誘導加熱される。このようにして、コイル状部材のうち対向部分に続いて未加熱部分も誘導加熱されるので、コイル状部材のうち回転方向に沿った全部分が均一に焼入温度に誘導加熱されることとなる。また、コイル状部材を誘導加熱した後、支持棒を支持位置から落下位置まで移動させることによりコイル状部材が冷却槽に落下して硬化される。このようにして、コイル状部材が均一に焼入温度に誘導加熱されて焼入れされるので、組織も硬度も均一なコイルばねが安価に製造されることとなる。なお、本発明のコイルばね熱処理方法及びコイルばね熱処理装置は、弁ばねなどの小型のコイルばねを熱処理するのに特に有効である。

磁気変態点（キューリー点）をもつ材料を熱処理する際に本発明の熱処理装置及び熱処理方法を適用できる。

また、自動車用の懸架ばね、自動車用エンジンに組み込まれる弁ばね、自転車やバイク用フロントフォークのサスペンションばね、産業機械用コイルばねなどのコイルばねの熱処理方法及び熱処理装置に本発明を実現した。

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１から図７までを参照して、本発明の実施例１を説明する。

図１は、実施例１の熱処理装置を模式的に示す正面図である。図２は、図１の熱処理装置を模式的に示す上面図である。図３は、ワークが落下中の熱処理装置を模式的に示す正面図である。図４（ａ）は、図１の熱処理装置によって２つの帯状部分が加熱された円柱状のワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円柱状ワークを示す断面図である。図５（ａ）は、２つの帯状部分が加熱された角柱状のワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の角柱状ワークを示す断面図である。図６（ａ）は、円柱状のワークの３つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円柱状ワークを示す断面図である。図７（ａ）は、円柱状ワークの４つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円柱状ワークを示す断面図である。

熱処理装置１０は、円柱状のワーク１２が自在に回転するようにこのワーク１２を支持する支持ユニット２０（本発明にいう支持手段の一例である）と、この支持ユニット２０に回転自在に支持されたワーク１２を誘導加熱する銅製の誘導加熱コイル３０とを備えている。誘導加熱コイル３０はセラミック製の柱３２等を介してベース台４０に固定されている。また、支持ユニット２０に支持されたワーク１２の下方には、冷却液が収容された冷却槽５０が配置されている。

円柱状のワーク１２は中実のものであり、その内部には、穴などの中空は形成されていない。ワーク１２の長手方向両端面１２ａ，１２ｂの中央部にはそれぞれ凹部１４ａ，１４ｂが形成されている。また、ワーク１２は、機械構造用炭素鋼やばね鋼などの各種鋼から作製されたものである。ワーク１２の素材は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図で示される７７０℃の磁気変態点（キューリー点）を有しており、ワーク１２の温度がこの磁気変態点以下のときはワーク１２が強磁性体であるが、ワーク１２の温度がこの磁気変態点を超えたときにはワーク１２が強磁性体から常磁性体に変化する。

支持ユニット２０は、ワーク１２の長手方向一端面１２ａの側からワーク１２を支持するセラミック製の第１支持棒２２と、ワーク１２の長手方向一端面１２ｂの側からワーク１２を支持するセラミック製の第２支持棒２４とを有する。第１支持棒２２と第２支持棒２４は一直線上に配置されており、これら２つの支持棒２２，２４は、本発明にいう回転軸の一例である。

第１支持棒２２の先端部２２ａは凹部１４ａに回転自在に嵌め込まれる。第１支持棒２２の後端部はほぼ直角に折れ曲がって下方に延びており、その下端部２２ｂはベース台４０に固定されている。また、第２支持棒２４の先端部２４ａは凹部１４ｂに回転自在に嵌め込まれる。第２支持棒２４の後端部はシリンダ２６に取り付けられており、第２支持棒２４はシリンダ２６の駆動に伴って矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。シリンダ２６は、支持柱２８によってベース台４０に固定されている。

ワーク１２を支持ユニット２０に支持させる際には、シリンダ２６を駆動させて第２支持棒２４を矢印Ａ方向に移動させることにより先端部２２ａと先端部２４ａとの距離をワーク１２の長さＬよりも長く保っておき、固定されている第１支持棒２２の先端部２２ａをワーク１２の凹部１４ａに嵌め込み、続いて、シリンダ２６を駆動させて第２支持棒２４を矢印Ｂ方向に移動することによりその先端部２４ａをワーク１２の凹部１４ｂに嵌め込む。これにより、ワーク１２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット２０に支持される。

ワーク１２を支持するために第２支持棒２４が矢印Ｂ方向に移動しているときの位置が、本発明にいう支持位置であり、第２支持棒２４が矢印Ａ方向に移動してワーク１２を支持できないときの位置が、本発明にいう落下位置である。

誘導加熱コイル３０は、図２に示すように上方から見たときは長方形状のものであり、この長方形の内部にワーク１２が配置される。誘導加熱コイル３０は、長方形の一対の長辺に相当する一対の長辺部分コイル３４，３４（本発明にいう部分コイルの一例である）と、長方形の短辺に相当する一対の短辺部分コイル３６，３６と、一つの短辺部分コイル３６を高周波電源３８に接続する接続コイル３９とを有する。長辺部分コイル３４，３４はワーク１２の長さＬよりも長く、短辺部分コイル３６，３６の長さはワーク１２の直径Ｒよりも長い。また、長辺部分コイル３４，３４及び短辺部分コイル３６，３６の幅Ｗは、図１に示すように、ワーク１２の直径Ｒよりも長い。一対の短辺コイル３６，３６のうち接続コイル３９に接続されていない短辺３６には、第２支持棒２４が貫通する貫通孔３６ａが形成されている。

一対の長辺部分コイル３４，３４は、支持ユニット２０に支持されたワーク１２を挟んで互いに対向する位置に配置されており、このワーク１２の長手方向（矢印Ａ，Ｂ方向と同じ方向）に平行（本発明にいう並行の一例である）に延びている。従って、長辺部分コイル３４，３４は、ワーク１２のうち第１支持棒２２と第２支持棒２４に並行に延びる帯状部分１６に向き合って配置されていることとなる。ここでいう帯状部分とは、平らで細長い薄板状のものだけではなく、湾曲してやや厚い板状のものも含む概念である。

上記した熱処理装置１０を使用してワーク１２を焼入れする方法を説明する。

先ず、シリンダ２６を駆動させて第２支持棒２４を矢印Ａ方向に移動させておき、第１支持棒２２の先端部２２ａをワーク１２の凹部１４ａに嵌め込み、続いて、シリンダ２６を駆動させて第２支持棒２４を矢印Ｂ方向に移動することによりその先端部２４ａをワーク１２の凹部１４ｂに嵌め込む。これにより、ワーク１２は外力などによって自在に回転するように支持ユニット２０に支持される。

続いて、高周波電源３８から誘導加熱コイル３０に所定の電力を所定の供給時間だけ供給する。この供給する電力及び供給時間は、ワーク１２の表面層を焼入れするか、ワーク１２の全体を焼入れする（ズブ焼）かによって異なる。例えば、電力を８０ｋＷ、電圧を４４０Ｖ、周波数を４９．８ｋＨｚ、供給時間を３．５秒間とする。このように高周波電源３８から誘導加熱コイル３０に大電力を短時間だけ供給することにより、図４（ａ）に示すように、ワーク１２のうち長辺部分コイル３４，３４に向き合う帯状部分１６（図４の斜線で示す部分）が短時間（ここでは３．５秒間）で室温から焼入温度（例えば９００℃）まで誘導加熱される。

帯状部分１６が焼入温度まで誘導加熱されている途中で、帯状部分１６は磁気変態点（ここでは７７０℃）を通過して、帯状部分１６が強磁性体から常磁性体に変化する。しかし、実際には平衡状態ではないので、磁気変態点を通過した後、帯状部分１６が焼入温度に到達した直後に、帯状部分１６が強磁性体から常磁性体に変化することが実験的に判明した。一方、ワーク１２のうち帯状部分１６以外の未加熱部分１７は強磁性体のままである。このため、誘導加熱コイル３０が生成している磁界によってワーク１２は回転軸（第１２支持棒及び第２支持棒２４）を中心軸として矢印Ｃ方向（若しくはその反対方向、外周方向）に９０度だけ回転して、図４（ｂ）に示すように、帯状部分１６が上下に位置すると共に未加熱部分１７が長辺部分コイル３４，３４に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル３０に電力が供給され続けているので、帯状部分１６に続いて未加熱部分１７が誘導加熱されて３．５秒間で焼入温度に到達する。

上記したシリンダ２６は、高周波電源３８を制御する制御器（図示せず）によって制御されている。この制御器は、高周波電源３８から誘導加熱コイル３０に電力を供給し始めてから７．０秒後に、第２支持棒２４を矢印Ａ方向に移動させて落下位置に到達させるようにシリンダ２６を制御する。従って、ワーク１２が誘導加熱され始めてから７．０秒後には、図３に示すように、ワーク１２は落下する。ワーク１２が誘導加熱され始めて７．０秒後には、図４（ｂ）に示すように、ワーク１２の外周面から所定深さの部分が焼入温度に到達している。ワーク１２はこの状態で冷却槽５０に落下して冷却されるので、ワーク１２の外周面から所定深さの部分は急冷されて硬化する。

以上説明したように、ワーク１２の一部分（ここでは、帯状部分１６）が所定温度（焼入温度）まで誘導加熱された直後に、ワーク１２が磁力によって回転し、続いて、他の部分（ここでは、未加熱部分１７）を誘導加熱することにより、ワーク１２の外周面から所定深さの部分の全体が均一に誘導加熱される。ワーク１２はモータなどの駆動源によって回転するように構成されていないので、駆動源の機械的、電気的な誤差に起因してこの回転開始のタイミングがずれることはない。従って、ワーク１２の所定部分が均一に誘導加熱されて硬化される。

上記した例では、ワークとして円柱状のワーク１２を挙げたが、図５（ａ），（ｂ）に示すように、熱処理装置１０では角柱状のワーク１３の所定部分を均一に硬化することもできる。この場合、図５（ａ）に示すように帯状部分１３ａが焼入温度に到達した後、ワーク１３が矢印Ｃ方向に９０度だけ回転し、図５（ｂ）に示すように、帯状部分１３ａが上下に位置すると共に未加熱部分１３ｂが長辺部分コイル３４，３４に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル３０に電力が供給され続けているので、未加熱部分１３ｂも誘導加熱されて３．５秒間で焼入温度に到達する。その後は、上記と同じ手順で帯状部分１３ａと未加熱部分１３ｂが硬化される。

上記した例では、ワーク１２を外周方向に４分割して隣接しない２つの帯状部分１６を一対の長辺部分コイル３４，３４で同時に誘導加熱し、続いて、残りの２つの帯状部分１７（未加熱部分）を誘導加熱した。しかし、図６に示すように、ワーク１２を外周方向に６分割して隣接しない３つの帯状部分１６，１６，１６を部分コイル４４ａ，４４ｂ，４４ｃで誘導加熱し、続いて、矢印Ｃ方向（ワーク１２の外周方向）に６０度回転させて残りの３つの帯状部分１７，１７，１７（未加熱部分）を誘導加熱してもよい。この場合、ワーク１２が落下するときの邪魔にならないように部分コイル４４ｂ，４４ｃを移動させるように構成しておく。

さらに、図７に示すように、ワーク１２を外周方向に８分割して隣接しない４つの帯状部分１６，１６，１６，１６を部分コイル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄで誘導加熱し、続いて、矢印Ｃ方向（ワーク１２の外周方向）に４５度回転させて残りの４つの帯状部分１７，１７，１７，１７（未加熱部分）を誘導加熱してもよい。この場合、ワーク１２が落下するときの邪魔にならないように部分コイル４５ｃを移動させるように構成しておく。

なお、ワーク１２を急冷しないときは、上記した部分コイルを移動させる構成は不要であり、冷却槽も不要である。

図８から図１２までを参照して、本発明の実施例２を説明する。

図８は、実施例２の熱処理装置を模式的に示す正面図である。図９は、図８の熱処理装置を模式的に示す上面図である。図１０は、ワークが落下中の熱処理装置を模式的に示す正面図である。図１１（ａ）は、図８の熱処理装置によって２つの帯状部分が加熱された円筒状のワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円筒状ワークを示す断面図である。図１２（ａ）は、２つの帯状部分が加熱された角柱状のワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の角柱状ワークを示す断面図である。図１３（ａ）は、円筒状のワークの３つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円筒状ワークを示す断面図である。図１４（ａ）は、円筒状ワークの４つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円筒状ワークを示す断面図である。

熱処理装置６０は、円筒状のワーク６２が自在に回転するようにこのワーク６２を支持する支持ユニット７０（本発明にいう支持手段の一例である）と、この支持ユニット７０に回転自在に支持されたワーク６２を誘導加熱する誘導加熱コイル８０とを備えている。誘導加熱コイル８０はセラミック製の柱８２等を介してベース台９０に固定されている。また、支持ユニット７０に支持されたワーク６２の下方には、冷却液が収容された冷却槽９２が配置されている。

円筒状のワーク６２は筒状であり、その横断面の中央部には、その長手方向に延びる貫通孔６４（中空部）が形成されている。ワーク６２は、機械構造用炭素鋼やばね鋼などの各種鋼から作製されたものである。ワーク６２の素材は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図で示される７７０℃の磁気変態点（キューリー点）を有しており、ワーク６２の温度がこの磁気変態点以下のときはワーク６２が強磁性体であるが、ワーク６２の温度がこの磁気変態点を超えたときにはワーク６２が強磁性体から常磁性体に変化する。

支持ユニット７０は、ワーク６２の貫通孔６４に挿入される棒状部材７２を有する。棒状部材７２は、本発明にいう回転軸の一例である。支持ユニット７０は、棒状部材７２の先端部７２ａが差し込まれる凹部７４ａの形成された支持板７４も有する。この支持板７４は、誘導加熱コイル８０の内側に配置されて固定されている。棒状部材７２の後端部はシリンダ７６に取り付けられており、棒状部材７２はシリンダ７６の駆動に伴って矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。シリンダ７６は、支持柱７８によってベース台９０に固定されている。

ワーク６２を支持ユニット７０に支持させる際には、シリンダ７６を駆動させて棒状部材７２を矢印Ａ方向に移動させることにより先端部７２ａが誘導加熱コイル８０の内部にわずかに突出した状態にしておき、ワーク６２を誘導加熱コイル８０の内部に配置し、続いて、シリンダ７６を駆動させて棒状部材７２を矢印Ｂ方向に移動させてワーク６２の貫通孔６４に貫通させ、棒状部材７２の先端部７２ａを支持板７４の凹部７４ａに差し込む。これにより、ワーク６２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット７０に支持される。

ワーク６２を支持するために棒状部材７２が矢印Ｂ方向に移動したときの位置が、本発明にいう支持位置であり、棒状部材７２が矢印Ａ方向に移動してワーク６２を支持できないときの位置が、本発明にいう落下位置である。

誘導加熱コイル８０は、図９に示すように上方から見たときは長方形状のものであり、この長方形の内部にワーク６２が配置される。誘導加熱コイル８０は、長方形の一対の長辺に相当する一対の長辺部分コイル８４，８４（本発明にいう部分コイルの一例である）と、長方形の短辺に相当する一対の短辺部分コイル８６，８６と、一つの短辺部分コイル８６を高周波電源８８に接続する接続コイル８９とを有する。長辺部分コイル８４，８４はワーク６２の長さＬよりも長く、短辺部分コイル８６，８６の長さはワーク６２の直径Ｒよりも長い。また、長辺部分コイル８４，８４及び短辺部分コイル８６，８６の幅Ｗは、図８に示すように、ワーク６２の直径Ｒよりも長い。一対の短辺コイル８６，８６のうち接続コイル８９に接続されていない短辺８６には、棒状部材７２が貫通する貫通孔８６ａが形成されている。また、この短辺８６の内側には、ワーク６２がこの短辺８６に接触することを防止するセラミックス製の邪魔板８５が固定されている。

一対の長辺部分コイル８４，８４は、支持ユニット７０に支持されたワーク６２を挟んで互いに対向する位置に配置されており、このワーク６２の長手方向（矢印Ａ，Ｂ方向と同じ方向）に平行（本発明にいう並行の一例である）に延びている。従って、長辺部分コイル８４，８４は、棒状部分７２に並行に延びる帯状部分７６に向き合って配置されていることとなる。ここでいう帯状部分とは、平らで細長い薄板状のものだけではなく、湾曲してやや厚い板状のものも含む概念である。

上記した熱処理装置６０を使用してワーク６２を焼入れする方法を説明する。

先ず、シリンダ７６を駆動させて棒状部材７２を矢印Ａ方向に移動させることにより棒状部材７２の先端部７２ａが誘導加熱コイル８０の内部にわずかに突出した状態にしておき、ワーク６２を誘導加熱コイル８０の内部に配置し、続いて、シリンダ７６を駆動させて棒状部材７２を矢印Ｂ方向に移動させてワーク６２の貫通孔６４に貫通させ、棒状部材７２の先端部７２ａを支持板７４の凹部７４ａに差し込む。これにより、ワーク６２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット７０に支持される。

続いて、高周波電源８８から誘導加熱コイル８０に所定の電力を所定の供給時間だけ供給する。この供給する電力及び供給時間は、ワーク６２の表面層を焼入れするか、ワーク６２の全体を焼入れする（ズブ焼）かによって異なる。例えば、電力を８０ｋＷ、電圧を４４０Ｖ、周波数を４９．８ｋＨｚ、供給時間を２．５秒間とする。このように高周波電源８８から誘導加熱コイル８０に大電力を短時間だけ供給することにより、図１１（ａ）に示すように、ワーク６２のうち長辺部分コイル８４，８４に向き合う帯状部分６６（図１１の斜線で示す部分）が短時間（ここでは２．５秒間）で室温から焼入温度（例えば９００℃）まで誘導加熱される。

帯状部分６６が焼入温度まで誘導加熱されている途中で、帯状部分６６は磁気変態点（ここでは７７０℃）を通過して、帯状部分６６が強磁性体から常磁性体に変化する。しかし、実際には平衡状態ではないので、磁気変態点を通過した後、帯状部分６６が焼入温度に到達した直後に、帯状部分６６が強磁性体から常磁性体に変化することが実験的に判明した。一方、ワーク６２のうち帯状部分６６以外の未加熱部分６７は強磁性体のままである。このため、誘導加熱コイル８０が生成している磁界によってワーク６２は回転軸（棒状部材７２に平行な軸であり、ワーク６２の横断面の中央を貫く軸）を中心軸として矢印Ｃ方向（若しくはその反対方向、外周方向）に９０度だけ回転して、図１１（ｂ）に示すように、帯状部分６６が上下に位置すると共に未加熱部分６７が長辺部分コイル８４，８４に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル８０に電力が供給され続けているので、帯状部分６６に続いて未加熱部分６７が誘導加熱されて２．５秒間で焼入温度に到達する。

上記したシリンダ７６は、高周波電源８８を制御する制御器（図示せず）によって制御されている。この制御器は、高周波電源８８から誘導加熱コイル８０に電力を供給し始めてから５．０秒後に、棒状支持部材７２を矢印Ａ方向に移動させて落下位置に到達させるようにシリンダ７６を制御する。従って、ワーク６２が誘導加熱され始めてから５．０秒後には、図１０に示すように、ワーク６２は落下する。ワーク６２が誘導加熱され始めて５．０秒後には、図１１（ｂ）に示すように、ワーク６２の全体が焼入温度に到達している。ワーク６２はこの状態で冷却槽９２に落下して冷却されるので、ワーク６２の全体は急冷されて硬化する。

以上説明したように、ワーク６２の一部分（ここでは、帯状部分６６）が所定温度（焼入温度）まで誘導加熱された直後に、ワーク６２が磁力によって回転し、続いて、他の部分（ここでは、未加熱部分６７）を誘導加熱することにより、ワーク６２の全体が均一に誘導加熱される。ワーク６２はモータなどの駆動源によって回転するように構成されていないので、駆動源の機械的、電気的な誤差に起因してこの回転開始のタイミングがずれることはない。従って、ワーク６２の所定部分が均一に誘導加熱されて硬化される。

上記した例では、ワークとして円筒状のワーク６２を挙げたが、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、熱処理装置６０では、横断面が正方形で筒状のワーク６３の全体を均一に硬化することもできる。この場合、図１２（ａ）に示すように帯状部分６３ａが焼入温度に到達した後、ワーク６３が矢印Ｃ方向に９０度だけ回転し、図１２（ｂ）に示すように、帯状部分６３ａが上下に位置すると共に未加熱部分６３ｂが長辺部分コイル８４，８４に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル８０に電力が供給され続けているので、未加熱部分６３ｂも誘導加熱されて２．５秒間で焼入温度に到達する。その後は、上記と同じ手順で帯状部分６３ａと未加熱部分６３ｂが硬化される。

上記した例では、ワーク６２を外周方向に４分割して隣接しない２つの帯状部分６６を一対の長辺部分コイル８４，８４で同時に誘導加熱し、続いて、残りの２つの帯状部分６７（未加熱部分）を誘導加熱した。しかし、図１３に示すように、ワーク６２を外周方向に６分割して隣接しない３つの帯状部分６６，６６，６６を部分コイル９４ａ，９４ｂ，９４ｃで誘導加熱し、続いて、矢印Ｃ方向（ワーク６２の外周方向）に６０度回転させて残りの３つの帯状部分６７，６７，６７（未加熱部分）を誘導加熱してもよい。この場合、ワーク６２が落下するときの邪魔にならないように部分コイル９４ｂ，９４ｃを移動させるように構成しておく。

さらに、図１４に示すように、ワーク６２を外周方向に８分割して隣接しない４つの帯状部分６６，６６，６６，６６を部分コイル９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄで誘導加熱し、続いて、矢印Ｃ方向（ワーク６２の外周方向）に４５度回転させて残りの４つの帯状部分６７，６７，６７，６７（未加熱部分）を誘導加熱してもよい。この場合、ワーク６２が落下するときの邪魔にならないように部分コイル９５ｃを移動させるように構成しておく。

図１５から図１７までを参照して、本発明の実施例３を説明する。

図１５は、実施例３の熱処理装置を模式的に示す斜視図である。図１６は、図１５に示す熱処理装置の正面図である。図１７は、螺旋状部材の加熱状態を示す模式図である。

熱処理装置１００は、円錐形の螺旋状部材１０２を焼入れするための装置である。熱処理装置１００は、螺旋状部材１０２が自在に回転するようにこの螺旋状部材１０２を支持する支持ユニット１１０（本発明にいう支持手段の一例である）と、この支持ユニット１１０に回転自在に支持された螺旋状部材１０２を誘導加熱する誘導加熱コイル１２０とを備えている。誘導加熱コイル１２０はセラミック製の柱１２３等を介してベース台１３０に固定されている。また、支持ユニット１１０に支持された螺旋状部材１０２の下方には、冷却液が収容された冷却槽１３２が配置されている。

螺旋状部材１０２は、線材を円錐形の螺旋状に形成して作製される。螺旋状部材１０２は、機械構造用炭素鋼やばね鋼などの各種鋼から作製されたものである。螺旋状部材１０２の素材は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図で示される７７０℃の磁気変態点（キューリー点）を有しており、螺旋状部材１０２の温度がこの磁気変態点以下のときは螺旋状部材１０２が強磁性体であるが、螺旋状部材１０２の温度がこの磁気変態点を超えたときには螺旋状部材１０２が強磁性体から常磁性体に変化する。

支持ユニット１１０は、螺旋状部材１０２の中空部１０４に挿入される円錐形の支持棒１１２を有する。支持ユニット１１０は、支持棒１１２の先端部１１２ａが差し込まれる凹部１２４ａの形成された支持板１２４も有する。この支持板１２４はセラミックス製であり、誘導加熱コイル１２０の内側に配置されて固定されている。支持棒１１２の後端部はシリンダ１０５に取り付けられており、支持棒１１２はシリンダ１０５の駆動に伴って矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。シリンダ１０５は、支持柱１０７によってベース台１３０に固定されている。

螺旋状部材１０２を支持ユニット１１０に支持させる際には、シリンダ１０５を駆動させて支持棒１１２を矢印Ａ方向に移動させることにより先端部１１２ａが誘導加熱コイル１２０の内部にわずかに突出した状態にしておき、螺旋状部材１０２を誘導加熱コイル１２０の内部に配置し、続いて、シリンダ１０５を駆動させて支持棒１１２を矢印Ｂ方向に移動させて螺旋状部材１０２の中空部１０４に貫通させ、支持棒１１２の先端部１１２ａを支持板１２４の凹部１２４ａに差し込む。これにより、螺旋状部材１０２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット１１０に支持される。

螺旋状部材１０２を支持するために支持棒１１２が矢印Ｂ方向に移動したときの位置が、本発明にいう支持位置であり、支持棒１１２が矢印Ａ方向に移動して螺旋状部材１０２を支持できないときの位置が、本発明にいう落下位置である。

誘導加熱コイル１２０は、図１５に示すように台形状のものであり、この台形の内部に螺旋状部材１０２が配置される。誘導加熱コイル１２０は、支持棒１１２に支持された螺旋状部材１０２を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイル１２２，１２２を有する。この一対の部分コイル１２２，１２２は、螺旋状部材１０２の外周面に沿ってその長手方向に延びる板状のものである。また、一対の部分コイル１２２，１２２の幅Ｗは、螺旋状部材１０２の直径が小さくなるに伴って細くなっている。上記した支持棒１１２は、一対の部分コイル１２２，１２２に挟まれた位置で、これら一対の部分コイル１２２，１２２に並行に延びている。一対の部分コイル１２２，１２２は、螺旋状部材１０２の長さ（高さ）よりも長い。

また、誘導加熱コイル１２０は、台形の上辺に相当する上辺部分コイル１２６と、台形の下辺に相当する下辺部分コイル１２８と、上辺部分コイル１２６を高周波電源１３１に接続する接続コイル１２７とを有する。上辺部分コイル１２６の幅ＷＵは、螺旋状部材１０２の上端の外径ＲＵよりもやや大きい。下辺部分コイル１２８の幅ＷＤは、螺旋状部材１０２の下端の外径ＲＤよりもやや大きい。下辺部分コイル１２８には、支持棒１１２が貫通する貫通孔１２８ａが形成されている。また、下辺部分コイル１２８の内側には、螺旋状部材１０２がこの下辺部分コイル１２８に接触することを防止するセラミックス製の邪魔板１２９が固定されている。

上記した熱処理装置１００を使用して螺旋状部材１０２を焼入れする方法を説明する。

先ず、シリンダ１０５を駆動させて支持棒１１２を矢印Ａ方向に移動させることにより支持棒１１２の先端部１１２ａが誘導加熱コイル１２０の内部（各コイル１２２，１２２，１２６，１２８に囲まれた領域）にわずかに突出した状態にしておき、螺旋状部材１０２を誘導加熱コイル１２０の内部に配置し、続いて、シリンダ１０５を駆動させて支持棒１１２を矢印Ｂ方向に移動させて螺旋状部材１０２の中空部１０４に貫通させ、支持棒１１２の先端部１１２ａを支持板１２４の凹部１２４ａに差し込む。これにより、螺旋状部材１０２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット１１０に支持される。

続いて、高周波電源１３１から誘導加熱コイル１２０に所定の電力を所定の供給時間だけ供給する。この供給する電力及び供給時間は、螺旋状部材１０２の表面層を焼入れするか、螺旋状部材１０２の全体を焼入れする（ズブ焼）かによって異なる。例えば、電力を８０ｋＷ、電圧を４４０Ｖ、周波数を４９．８ｋＨｚ、供給時間を２．５秒間とする。このように高周波電源１３１から誘導加熱コイル１２０に大電力を短時間だけ供給することにより、図１７（ａ）に示すように、螺旋状部材１０２のうち一対の部分コイル１２２，１２２に向き合う対向部分１０６（図１７の実線の斜線で示す部分）が短時間（ここでは２．５秒間）で室温から焼入温度（例えば９００℃）まで誘導加熱される。

対向部分１０６が焼入温度まで誘導加熱されている途中で、対向部分１０６は磁気変態点（ここでは７７０℃）を通過して、対向部分１０６が強磁性体から常磁性体に変化する。しかし、実際には平衡状態ではないので、磁気変態点を通過した後、対向部分１０６が焼入温度に到達した直後に、対向部分１０６が強磁性体から常磁性体に変化することが実験的に判明した。一方、螺旋状部材１０２のうち対向部分１０６以外の未加熱部分１０８は強磁性体のままである。このため、誘導加熱コイル１２０が生成している磁界によって螺旋状部材１０２は回転軸（支持棒１１２に平行な軸であり、螺旋状部材１０２の横断面の中央部を貫く軸）を中心軸として矢印Ｃ方向（若しくはその反対方向、外周方向）に９０度だけ回転して、図１７（ｂ）に示すように、対向部分１０６が上下に位置すると共に未加熱部分１０８が一対の部分コイル１２２，１２２に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル１２０に電力が供給され続けているので、対向部分１０６に続いて未加熱部分１０８が誘導加熱されて２．５秒間で焼入温度に到達する。

上記したシリンダ１０５は、高周波電源１３１を制御する制御器（図示せず）によって制御されている。この制御器は、高周波電源１３１から誘導加熱コイル１２０に電力を供給し始めてから５．０秒後に、支持棒１１２を矢印Ａ方向に移動させて落下位置に到達させるようにシリンダ１０５を制御する。従って、螺旋状部材１０２が誘導加熱され始めてから５．０秒後には螺旋状部材１０２は落下する。螺旋状部材１０２が誘導加熱され始めて５．０秒後には、図１７（ｂ）に示すように、螺旋状部材１０２の全体が焼入温度に到達している。螺旋状部材１０２はこの状態で冷却槽１３２に落下して冷却されるので、螺旋状部材１０２の全体は急冷されて硬化する。

以上説明したように、螺旋状部材１０２の一部分（ここでは、対向部分１０６）が所定温度（焼入温度）まで誘導加熱された直後に、螺旋状部材１０２が磁力によって回転し、続いて、他の部分（ここでは、未加熱部分１０８）を誘導加熱することにより、螺旋状部材１０２の全体が均一に誘導加熱される。螺旋状部材１０２はモータなどの駆動源によって回転するように構成されていないので、駆動源の機械的、電気的な誤差に起因してこの回転開始のタイミングがずれることはない。従って、螺旋状部材１０２の所定部分が均一に誘導加熱されて硬化される。

図１８から図２０までを参照して、本発明の実施例４を説明する。

図１８は、実施例４の熱処理装置を模式的に示す斜視図である。図１９は、図１８に示す熱処理装置の正面図である。図２０は、螺旋状部材の加熱状態を示す模式図である。

熱処理装置２００は、たる形の螺旋状部材２０２を焼入れするための装置である。熱処理装置２００は、螺旋状部材２０２が自在に回転するようにこの螺旋状部材２０２を支持する支持ユニット２１０（本発明にいう支持手段の一例である）と、この支持ユニット２１０に回転自在に支持された螺旋状部材２０２を誘導加熱する誘導加熱コイル２２０とを備えている。誘導加熱コイル２２０はセラミック製の柱２２２等を介してベース台２３０に固定されている。また、支持ユニット２１０に支持された螺旋状部材２０２の下方には、冷却液が収容された冷却槽２３２が配置されている。

螺旋状部材２０２は、線材をたる形の螺旋状に形成して作製される。螺旋状部材２０２は、機械構造用炭素鋼やばね鋼などの各種鋼から作製されたものである。螺旋状部材２０２の素材は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図で示される７７０℃の磁気変態点（キューリー点）を有しており、螺旋状部材２０２の温度がこの磁気変態点以下のときは螺旋状部材２０２が強磁性体であるが、螺旋状部材２０２の温度がこの磁気変態点を超えたときには螺旋状部材２０２が強磁性体から常磁性体に変化する。

支持ユニット２１０は、螺旋状部材２０２の中空部２０４に挿入される支持棒２１２を有する。支持ユニット２１０は、支持棒２１２の先端部２１２ａが差し込まれる凹部２２４ａの形成された支持板２２４も有する。この支持板２２４はセラミックス製であり、誘導加熱コイル２２０の内側に配置されて固定されている。支持棒２１２の後端部はシリンダ２０５に取り付けられており、支持棒２１２はシリンダ２０５の駆動に伴って矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。シリンダ２０５は、支持柱２０７によってベース台２３０に固定されている。

螺旋状部材２０２を支持ユニット２１０に支持させる際には、シリンダ２０５を駆動させて支持棒２１２を矢印Ａ方向に移動させることにより先端部２１２ａが誘導加熱コイル２２０の内部にわずかに突出した状態にしておき、螺旋状部材２０２を誘導加熱コイル２２０の内部に配置し、続いて、シリンダ２０５を駆動させて支持棒２１２を矢印Ｂ方向に移動させて螺旋状部材２０２の中空部２０４に貫通させ、支持棒２１２の先端部２１２ａを支持板２２４の凹部２２４ａに差し込む。これにより、螺旋状部材２０２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット２１０に支持される。

螺旋状部材２０２を支持するために支持棒２１２が矢印Ｂ方向に移動したときの位置が、本発明にいう支持位置であり、支持棒２１２が矢印Ａ方向に移動して螺旋状部材２０２を支持できないときの位置が、本発明にいう落下位置である。

誘導加熱コイル２２０は、図１８に示すようにたる形状のものであり、このたる形の内部に螺旋状部材２０２が配置される。誘導加熱コイル２２０は、支持棒２１２に支持された螺旋状部材２０２を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイル２２２，２２２を有する。この一対の部分コイル２２２，２２２は、螺旋状部材２０２の外周面に沿ってその長手方向に延びる板状のものであり、その中央部が外側に突出するように湾曲している。また、一対の部分コイル２２２，２２２の幅Ｗは、螺旋状部材２０２の直径が小さくなるに伴って狭くなっている。上記した支持棒２１２は、一対の部分コイル２２２，２２２に挟まれた位置で、これら一対の部分コイル２２２，２２２に並行に延びている。一対の部分コイル２２２，２２２は、螺旋状部材２０２の長さ（高さ）よりも長い。

また、誘導加熱コイル２２０は、たる形の上辺に相当する上辺部分コイル２２６と、たる形の下辺に相当する下辺部分コイル２２８と、上辺部分コイル２２６を高周波電源２３１に接続する接続コイル２２７とを有する。上辺部分コイル２２６の幅ＷＵは、螺旋状部材２０２の最も小さい外径ＲＭよりもやや大きい。下辺部分コイル２２８の幅も同様である。下辺部分コイル２２８には、支持棒２１２が貫通する貫通孔２２８ａが形成されている。また、下辺部分コイル２２８の内側には、螺旋状部材２０２がこの下辺部分コイル２２８に接触することを防止するセラミックス製の邪魔板２２９が固定されている。

上記した熱処理装置２００を使用して螺旋状部材２０２を焼入れする方法を説明する。

先ず、シリンダ２０５を駆動させて支持棒２１２を矢印Ａ方向に移動させることにより支持棒２１２の先端部２１２ａが誘導加熱コイル２２０の内部（各コイル２２２，２２２，２２６，２２８に囲まれた領域）にわずかに突出した状態にしておき、螺旋状部材２０２を誘導加熱コイル２２０の内部に配置し、続いて、シリンダ２０５を駆動させて支持棒２１２を矢印Ｂ方向に移動させて螺旋状部材２０２の中空部２０４に貫通させ、支持棒２１２の先端部２１２ａを支持板２２４の凹部２２４ａに差し込む。これにより、螺旋状部材２０２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット２１０に支持される。

続いて、高周波電源２３１から誘導加熱コイル２２０に所定の電力を所定の供給時間だけ供給する。この供給する電力及び供給時間は、螺旋状部材２０２の表面層を焼入れするか、螺旋状部材２０２の全体を焼入れする（ズブ焼）かによって異なる。例えば、電力を８０ｋＷ、電圧を４４０Ｖ、周波数を４９．８ｋＨｚ、供給時間を２．５秒間とする。このように高周波電源２３１から誘導加熱コイル２２０に大電力を短時間だけ供給することにより、図２０（ａ）に示すように、螺旋状部材２０２のうち一対の部分コイル２２２，２２２に向き合う対向部分２０６（図２０の実線の斜線で示す部分）が短時間（ここでは２．５秒間）で室温から焼入温度（例えば９００℃）まで誘導加熱される。

対向部分２０６が焼入温度まで誘導加熱されている途中で、対向部分２０６は磁気変態点（ここでは７７０℃）を通過して、対向部分２０６が強磁性体から常磁性体に変化する。しかし、実際には平衡状態ではないので、磁気変態点を通過した後、対向部分２０６が焼入温度に到達した直後に、対向部分２０６が強磁性体から常磁性体に変化することが実験的に判明した。一方、螺旋状部材２０２のうち対向部分２０６以外の未加熱部分２０８は強磁性体のままである。このため、誘導加熱コイル２２０が生成している磁界によって螺旋状部材２０２は回転軸（支持棒２１２に平行な軸であり、螺旋状部材２０２の横断面の中央部を貫く軸）を中心軸として矢印Ｃ方向（若しくはその反対方向、外周方向）に９０度だけ回転して、図２０（ｂ）に示すように、対向部分２０６が上下に位置すると共に未加熱部分２０８が一対の部分コイル２２２，２２２に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル２２０に電力が供給され続けているので、対向部分２０６に続いて未加熱部分２０８が誘導加熱されて２．５秒間で焼入温度に到達する。

上記したシリンダ２０５は、高周波電源２３１を制御する制御器（図示せず）によって制御されている。この制御器は、高周波電源２３１から誘導加熱コイル２２０に電力を供給し始めてから５．０秒後に、支持棒２１２を矢印Ａ方向に移動させて落下位置に到達させるようにシリンダ２０５を制御する。従って、螺旋状部材２０２が誘導加熱され始めてから５．０秒後には螺旋状部材２０２は落下する。螺旋状部材２０２が誘導加熱され始めて５．０秒後には、図２０（ｂ）に示すように、螺旋状部材２０２の全体が焼入温度に到達している。螺旋状部材２０２はこの状態で冷却槽２３２に落下して冷却されるので、螺旋状部材２０２の全体は急冷されて硬化する。

以上説明したように、螺旋状部材２０２の一部分（ここでは、対向部分２０６）が所定温度（焼入温度）まで誘導加熱された直後に、螺旋状部材２０２が磁力によって回転し、続いて、他の部分（ここでは、未加熱部分２０８）を誘導加熱することにより、螺旋状部材２０２の全体が均一に誘導加熱される。螺旋状部材２０２はモータなどの駆動源によって回転するように構成されていないので、駆動源の機械的、電気的な誤差に起因してこの回転開始のタイミングがずれることはない。従って、螺旋状部材２
０２の所定部分が均一に誘導加熱されて硬化される。

図２１から図２３までを参照して、本発明の実施例５を説明する。

図２１は、実施例５の熱処理装置を模式的に示す斜視図である。図２２は、図２１に示す熱処理装置の正面図である。図２３は、螺旋状部材の加熱状態を示す模式図である。

熱処理装置３００は、鼓形の螺旋状部材３０２を焼入れするための装置である。熱処理装置３００は、螺旋状部材３０２が自在に回転するようにこの螺旋状部材３０２を支持する支持ユニット３１０（本発明にいう支持手段の一例である）と、この支持ユニット３１０に回転自在に支持された螺旋状部材３０２を誘導加熱する誘導加熱コイル３２０とを備えている。誘導加熱コイル３２０はセラミック製の柱３２２等を介してベース台３３０に固定されている。また、支持ユニット３１０に支持された螺旋状部材３０２の下方には、冷却液が収容された冷却槽３３２が配置されている。

螺旋状部材３０２は、線材を鼓形の螺旋状に形成して作製される。螺旋状部材３０２は、機械構造用炭素鋼やばね鋼などの各種鋼から作製されたものである。螺旋状部材３０２の素材は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図で示される７７０℃の磁気変態点（キューリー点）を有しており、螺旋状部材３０２の温度がこの磁気変態点以下のときは螺旋状部材３０２が強磁性体であるが、螺旋状部材３０２の温度がこの磁気変態点を超えたときには螺旋状部材３０２が強磁性体から常磁性体に変化する。

支持ユニット３１０は、螺旋状部材３０２の中空部３０４に挿入される支持棒３１２を有する。支持ユニット３１０は、支持棒３１２の先端部３１２ａが差し込まれる凹部３２４ａの形成された支持板３２４も有する。この支持板３２４はセラミックス製であり、誘導加熱コイル３２０の内側に配置されて固定されている。支持棒３１２の後端部はシリンダ３０５に取り付けられており、支持棒３１２はシリンダ３０５の駆動に伴って矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。シリンダ３０５は、支持柱３０７によってベース台３３０に固定されている。

螺旋状部材３０２を支持ユニット３１０に支持させる際には、シリンダ３０５を駆動させて支持棒３１２を矢印Ａ方向に移動させることにより先端部３１２ａが誘導加熱コイル３２０の内部にわずかに突出した状態にしておき、螺旋状部材３０２を誘導加熱コイル３２０の内部に配置し、続いて、シリンダ３０５を駆動させて支持棒３１２を矢印Ｂ方向に移動させて螺旋状部材３０２の中空部３０４に貫通させ、支持棒３１２の先端部３１２ａを支持板３２４の凹部３２４ａに差し込む。これにより、螺旋状部材３０２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット３１０に支持される。

螺旋状部材３０２を支持するために支持棒３１２が矢印Ｂ方向に移動したときの位置が、本発明にいう支持位置であり、支持棒３１２が矢印Ａ方向に移動して螺旋状部材３０２を支持できないときの位置が、本発明にいう落下位置である。

誘導加熱コイル３２０は、図２１に示すように鼓形状のものであり、この鼓形の内部に螺旋状部材３０２が配置される。誘導加熱コイル３２０は、支持棒３１２に支持された螺旋状部材３０２を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイル３２２，３２２を有する。この一対の部分コイル３２２，３２２は、螺旋状部材３０２の外周面に沿ってその長手方向に延びる板状のものであり、その中央部が内側に突出するように湾曲している。また、一対の部分コイル３２２，３２２の幅Ｗは、螺旋状部材３０２の直径が小さくなるに伴って狭くなっている。上記した支持棒３１２は、一対の部分コイル３２２，３２２に挟まれた位置で、これら一対の部分コイル３２２，３２２に並行に延びている。一対の部分コイル３２２，３２２は、螺旋状部材３０２の長さ（高さ）よりも長い。

また、誘導加熱コイル３２０は、鼓形の上辺に相当する上辺部分コイル３２６と、鼓形の下辺に相当する下辺部分コイル３２８と、上辺部分コイル３２６を高周波電源３３１に接続する接続コイル３２７とを有する。上辺部分コイル３２６の幅ＷＵは、螺旋状部材３０２の最も大きい外径ＲＭよりもやや大きい。下辺部分コイル３２８の幅も同様である。下辺部分コイル３２８には、支持棒３１２が貫通する貫通孔３２８ａが形成されている。また、下辺部分コイル３２８の内側には、螺旋状部材３０２がこの下辺部分コイル３２８に接触することを防止するセラミックス製の邪魔板３２９が固定されている。

上記した熱処理装置３００を使用して螺旋状部材３０２を焼入れする方法を説明する。

先ず、シリンダ３０５を駆動させて支持棒３１２を矢印Ａ方向に移動させることにより支持棒３１２の先端部３１２ａが誘導加熱コイル３２０の内部（各コイル３２２，３２２，３２６，３２８に囲まれた領域）にわずかに突出した状態にしておき、螺旋状部材３０２を誘導加熱コイル３２０の内部に配置し、続いて、シリンダ３０４を駆動させて支持棒３１２を矢印Ｂ方向に移動させて螺旋状部材３０２の中空部３０４に貫通させ、支持棒３１２の先端部３１２ａを支持板３２４の凹部３２４ａに差し込む。これにより、螺旋状部材３０２は外力などによって自在に回転できるように支持ユニット３１０に支持される。

続いて、高周波電源３３１から誘導加熱コイル３２０に所定の電力を所定の供給時間だけ供給する。この供給する電力及び供給時間は、螺旋状部材３０２の表面層を焼入れするか、螺旋状部材３０２の全体を焼入れする（ズブ焼）かによって異なる。例えば、電力を８０ｋＷ、電圧を４４０Ｖ、周波数を４９．８ｋＨｚ、供給時間を２．５秒間とする。このように高周波電源３３１から誘導加熱コイル３２０に大電力を短時間だけ供給することにより、図２３（ａ）に示すように、螺旋状部材３０２のうち一対の部分コイル３２２，３２２に向き合う対向部分３０６（図２３の実線の斜線で示す部分）が短時間（ここでは２．５秒間）で室温から焼入温度（例えば９００℃）まで誘導加熱される。

対向部分３０６が焼入温度まで誘導加熱されている途中で、対向部分３０６は磁気変態点（ここでは７７０℃）を通過して、対向部分３０６が強磁性体から常磁性体に変化する。しかし、実際には平衡状態ではないので、磁気変態点を通過した後、対向部分３０６が焼入温度に到達した直後に、対向部分３０６が強磁性体から常磁性体に変化することが実験的に判明した。一方、螺旋状部材３０２のうち対向部分３０６以外の未加熱部分３０８は強磁性体のままである。このため、誘導加熱コイル３２０が生成している磁界によって螺旋状部材３０２は回転軸（支持棒３１２に平行な軸であり、螺旋状部材３０２の横断面の中央部を貫く軸）を中心軸として矢印Ｃ方向（若しくはその反対方向、外周方向）に９０度だけ回転して、図２３（ｂ）に示すように、対向部分３０６が上下に位置すると共に未加熱部分３０８が一対の部分コイル３２２，３２２に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル３２０に電力が供給され続けているので、対向部分３０６に続いて未加熱部分３０８が誘導加熱されて２．５秒間で焼入温度に到達する。

上記したシリンダ３０５は、高周波電源３３１を制御する制御器（図示せず）によって制御されている。この制御器は、高周波電源３３１から誘導加熱コイル３２０に電力を供給し始めてから５．０秒後に、支持棒３１２を矢印Ａ方向に移動させて落下位置に到達させるようにシリンダ３０５を制御する。従って、螺旋状部材３０２が誘導加熱され始めてから５．０秒後には螺旋状部材３０２は落下する。螺旋状部材３０２が誘導加熱され始めて５．０秒後には、図２３（ｂ）に示すように、螺旋状部材３０２の全体が焼入温度に到達している。螺旋状部材３０２はこの状態で冷却槽３３２に落下して冷却されるので、螺旋状部材３０２の全体は急冷されて硬化する。

以上説明したように、螺旋状部材３０２の一部分（ここでは、対向部分３０６）が所定温度（焼入温度）まで誘導加熱された直後に、螺旋状部材３０２が磁力によって回転し、続いて、他の部分（ここでは、未加熱部分３０８）を誘導加熱することにより、螺旋状部材３０２の全体が均一に誘導加熱される。螺旋状部材３０２はモータなどの駆動源によって回転するように構成されていないので、駆動源の機械的、電気的な誤差に起因してこの回転開始のタイミングがずれることはない。従って、螺旋状部材３０２の所定部分が均一に誘導加熱されて硬化される。

図２４から図２７までを参照して、本発明の実施例６を説明する。

図２４は、実施例６のコイルばね熱処理装置を模式的に示す正面図である。図２５は、図２４のコイルばね熱処理装置の誘導加熱コイルを模式的に示す斜視図である。図２６は熱処理方法を示す、（ａ）は、コイル状部材をセットする状態を示し、（ｂ）は、コイル状部材を誘導加熱している状態を示し、（ｃ）は、支持棒を落下位置に移動させてコイル状部材を落下させた状態を示す。図２７（ａ）は、一対の対向部分が誘導加熱されたコイル状部材を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後のコイル状部材を模式的に示す断面図である。なお、ここでは、コイル状部材を焼入れすることによって製造されたものをコイルばねという。

コイルばね熱処理装置４１０は、コイル状に巻かれたコイル状部材４１２が自在に回転するようにこのコイル状部材４１２を支持する細長い円柱状の支持棒４２０と、この支持棒４２０に回転自在に支持されたコイル状部材４１２を誘導加熱する誘導加熱コイル４３０とを備えている。誘導加熱コイル４３０はセラミック製の柱４３２等を介してベース台４４０に固定されている。また、支持棒４２０に支持されたコイル状部材４１２の下方には、冷却液が収容された冷却槽４５０が配置されている。

コイル状部材４１２は、焼入れしていない長尺のばね鋼からなる素材をコイル状に巻いて作製されたものである。コイル状部材４１２の素材は、Ｆｅ−Ｃ平衡状態図で示される７７０℃の磁気変態点（キューリー点）を有しており、コイル状部材４１２の温度がこの磁気変態点以下のときはコイル状部材４１２が強磁性体であるが、コイル状部材４１２の温度がこの磁気変態点を超えたときにはコイル状部材４１２が強磁性体から常磁性体に変化する。

誘導加熱コイル４３０の内側であって支持棒４２０の先端側には、セラミックス製の支持板４６０が固定されている。この支持板４６０には、支持棒４２０の先端部４２０ａが差し込まれる凹部４６０ａが形成されている。支持棒４２０の後端部はシリンダ４６２に取り付けられており、支持棒４２０はシリンダ４６２の駆動に伴って矢印Ａ，Ｂ方向に移動する。シリンダ４６２は、支持柱４６４によってベース台４４０に固定されている。

コイル状部材４１２を支持棒４２０で支持する際には、シリンダ４６２を駆動させて支持棒４２０を矢印Ａ方向に移動させて、図２６（ａ）に示すように支持棒４２０の先端部４２０ａが誘導加熱コイル４３０の内部にわずかに突出した状態にしておき、コイル状部材４１２を誘導加熱コイル４３０の内部に配置し、続いて、図２６（ｂ）に示すようにシリンダ４６２を駆動させて支持棒４２０を矢印Ｂ方向に移動させてコイル状部材４１２の中空部４１２ａに貫通させ、支持棒４２０の先端部４２０ａを支持板４６０の凹部４６０ａに差し込む。これにより、コイル状部材４１２は外力などによって自在に回転できるように支持棒４２０に支持される。

コイル状部材４１２を支持するために支持棒４２０が矢印Ｂ方向に移動したときの位置が、本発明にいう支持位置であり、支持棒４２０が矢印Ａ方向に移動してコイル状部材４１２を支持できないときの位置が、本発明にいう落下位置である。

誘導加熱コイル４３０は、図２５に示すように長方形状のものであり、この長方形の内部にコイル状部材４１２が配置される。誘導加熱コイル４３０は、長方形の一対の長辺に相当する一対の長辺部分コイル４３４，４３４と、長方形の短辺に相当する一対の短辺部分コイル４３６，４３６と、一つの短辺部分コイル４３６を高周波電源４７０に接続する接続コイル４３８とを有する。長辺部分コイル４３４，４３４はコイル状部材４１２の長さＬ（図２４参照）よりも長く、短辺部分コイル４３６，４３６の長さはコイル状部材４１２の直径Ｒ（図２７参照）よりも長い。また、長辺部分コイル４３４，４３４及び短辺部分コイル４３６，４３６の幅Ｗは、コイル状部材４１２の直径Ｒよりも長い。一対の短辺コイル４３６，４３６のうち接続コイル４３８に接続されていない短辺部分コイル４３６には、支持棒４２０が貫通する貫通孔４３６ａが形成されている。また、この短辺部分コイル４３６の内側には、コイル状部材４１２がこの短辺部分コイル４３６に接触することを防止するセラミックス製の邪魔板４７２が固定されている。

一対の長辺部分コイル４３４，４３４は、支持棒４２０に支持されたコイル状部材４１２を挟んで互いに対向する位置に配置されており、このコイル状部材４１２の長手方向（矢印Ａ，Ｂ方向と同じ方向）に平行（本発明にいう並行の一例である）に延びている。従って、長辺部分コイル４３４，４３４は、コイル状部材４１２のうち支持棒４２０に平行に延びる対向部分に向き合って配置されていることとなる。

上記したコイルばね熱処理装置４１０を使用してコイル状部材４１２を焼入れしてコイルばねを熱処理する方法を説明する。

先ず、シリンダ４６２を駆動させて支持棒４２０を矢印Ａ方向に移動させることにより、図２６（ａ）に示すように支持棒４２０の先端部４２０ａが誘導加熱コイル４３０の内部にわずかに突出した状態にしておき、コイル状部材４１２を誘導加熱コイル４３０の内部に配置し、続いて、シリンダ４６２を駆動させて支持棒４２０を矢印Ｂ方向に移動させてコイル状部材４１２の中空部４１２ａに貫通させ、図２６（ｂ）に示すように支持棒４２０の先端部４２０ａを支持板４６０の凹部４６０ａに差し込む。これにより、コイル状部材４１２は外力などによって自在に回転できるように支持棒４２０に支持される。

続いて、高周波電源４７０から誘導加熱コイル４３０に所定の電力を所定の供給時間だけ供給する。この供給する電力及び供給時間は、コイル状部材４１２の表面層を焼入れするか、コイル状部材４１２の全体を焼入れする（ズブ焼）かによって異なる。例えば、電力を８０ｋＷ、電圧を４４０Ｖ、周波数を４９．８ｋＨｚ、供給時間を２．５秒間とする。このように高周波電源４７０から誘導加熱コイル４３０に大電力を短時間だけ供給することにより、図２７（ａ）に示すように、コイル状部材４１２のうち長辺部分コイル４３４，４３４に向き合う対向部分４１４（図２７の実線の斜線で示す部分）が短時間（ここでは２．５秒間）で室温から焼入温度（例えば９００℃）まで誘導加熱される。

対向部分４１４が焼入温度まで誘導加熱されている途中で、対向部分４１４は磁気変態点（ここでは７７０℃）を通過して、対向部分４１４が強磁性体から常磁性体に変化する。しかし、実際には平衡状態ではないので、磁気変態点を通過した後、対向部分４１４が焼入温度に到達した直後に、対向部分４１４が強磁性体から常磁性体に変化することが実験的に判明した。一方、コイル状部材４１２のうち対向部分４１４以外の未加熱部分４１６は強磁性体のままである。このため、長辺部分コイル４３４，４３４で生じている磁界によってコイル状部材４１２は回転軸（支持棒４２０に平行な軸であり、コイル状部材４１２の横断面の中央を貫く軸）を中心軸として矢印Ｃ方向（若しくはその反対方向、外周方向）に９０度だけ回転して、図２７（ｂ）に示すように、対向部分４１４が上下に位置すると共に未加熱部分４１６が長辺部分コイル４３４，４３４に向き合う。この状態では、誘導加熱コイル４３０に電力が供給され続けているので、対向部分４１４に続いて未加熱部分４１６が誘導加熱されて２．５秒間で焼入温度に到達する。

上記したシリンダ４６２は、高周波電源４７０を制御する制御器（図示せず）によって制御されている。この制御器は、高周波電源４７０から誘導加熱コイル４３０に電力を供給し始めてから５．０秒後に、支持棒４２０を矢印Ａ方向に移動させて落下位置に到達させるようにシリンダ４６２を制御する。従って、コイル状部材４１２が誘導加熱され始めてから５．０秒後には、図２６（ｃ）に示すように、コイル状部材４１２は落下する。コイル状部材４１２が誘導加熱され始めて５．０秒後には、図２７（ｂ）に示すように、コイル状部材４１２の全体が焼入温度に到達している。コイル状部材４１２はこの状態で冷却槽４５０に落下して冷却されるので、コイル状部材４１２の全体は急冷されて硬化する。この結果、高品質のコイルばねを得られることとなる。

以上説明したように、コイル状部材４１２の一部分（ここでは、対向部分４１４）が短時間で所定温度（焼入温度）まで誘導加熱された直後に、コイル状部材４１２が磁力によって回転し、続いて、他の部分（ここでは、未加熱部分４１６）を誘導加熱することにより、コイル状部材４１２の全体が均一に誘導加熱される。その直後に、支持棒４２０を支持位置から落下位置まで移動させることによりコイル状部材４１２が冷却槽４５０に落下して硬化される。このようにして、コイル状部材４１２が短時間で均一に焼入温度に誘導加熱されて焼入れされるので、組織も硬度も均一なコイルばねが安価に製造されることとなる。また、コイル状部材４１２を誘導加熱する時間は５．０秒間以下の短時間であるので、コイル状部材４１２がクローズタイプであってもオープンタイプであっても長手方向両端部がオーバーヒートしない。このため、結晶粒の粗大化などを防止できるので高品質の弁ばね等のコイルばねに熱処理を施せる。

上記の例では、コイル状部材４１２を誘導加熱する時間を５．０秒間としたが、誘導加熱コイル４３０に供給する電力を増すことにより、さらに短時間にできる。誘導加熱時間が５．０秒間以下のときはコイル状部材４１２の長手方向両端部のオーバーヒートをいっそう確実に抑制できる。

なお、支持棒４２０を長くして複数のコイル状部材４１２を支持して、複数のコイル状部材４１２を一回で焼入れしてもよい。このように複数のコイル状部材４１２を一回で焼入れすることにより、コイルばねをいっそう低コストで熱処理できることとなる。

コイルばねだけでなく、鋼製のコイル状部材を焼入れする用途にも適用できる。

実施例１の熱処理装置を模式的に示す正面図である。 図１の熱処理装置を模式的に示す上面図である。 ワークが落下中の熱処理装置を模式的に示す正面図である。 （ａ）は、図１の熱処理装置によって２つの帯状部分が加熱された円柱状ワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円柱状ワークを示す断面図である。 （ａ）は、２つの帯状部分が加熱された角柱状ワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の角柱状ワークを示す断面図である。 （ａ）は、円柱状ワークの３つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円柱状ワークを示す断面図である。 （ａ）は、円柱状ワークの４つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円柱状ワークを示す断面図である。 実施例２の熱処理装置を模式的に示す正面図である。 図８の熱処理装置を模式的に示す上面図である。 ワークが落下中の熱処理装置を模式的に示す正面図である。 （ａ）は、図８の熱処理装置によって２つの帯状部分が加熱された円筒状ワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円筒状ワークを示す断面図である。 （ａ）は、２つの帯状部分が加熱された角柱状ワークを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の角柱状ワークを示す断面図である。 （ａ）は、円筒状ワークの３つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円筒状ワークを示す断面図である。 （ａ）は、円筒状ワークの４つの帯状部分を同時に誘導加熱する例を示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後の円筒状ワークを示す断面図である。 実施例３の熱処理装置を模式的に示す斜視図である。 図１５に示す熱処理装置の正面図である。 螺旋状部材の加熱状態を示す模式図である。 実施例４の熱処理装置を模式的に示す斜視図である。 図１８に示す熱処理装置の正面図である。 螺旋状部材の加熱状態を示す模式図である。 実施例５の熱処理装置を模式的に示す斜視図である。 図２１に示す熱処理装置の正面図である。 螺旋状部材の加熱状態を示す模式図である。 実施例のコイルばね熱処理装置を模式的に示す正面図である。 図２４のコイルばね熱処理装置の誘導加熱コイルを模式的に示す斜視図である。 熱処理方法を示す、（ａ）は、コイル状部材をセットする状態を示し、（ｂ）は、コイル状部材を誘導加熱している状態を示し、（ｃ）は、支持棒を落下位置に移動させてコイル状部材を落下させた状態を示す。 （ａ）は、一対の対向部分が誘導加熱されたコイル状部材を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、磁力で回転した直後のコイル状部材を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０，６０，１００，２００，３００ 熱処理装置
１２，６２ ワーク
１６ 帯状部分
１７ 未加熱部分
２０，７０，１１０，２１０，３１０ 支持ユニット
３０，８０，１２０，２２０，３２０，４３０ 誘導加熱コイル
３４，８４，４３４ 長辺部分コイル
５０，９２，１３２，２３２，３３２，４５０ 冷却槽
６４ 貫通孔
１０２，２０２，３０２ 螺旋状部材
１１２，２１２，３１２ 支持棒
４１０ コイルばね熱処理装置
４１２ コイル状部材
４１４ 対向部分
４１６ 未加熱部分
４２０ 支持棒

Claims (12)

1. 所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する線材を螺旋状に形成した螺旋状部材の中空部に挿入されて該螺旋状部材をその外周方向に回転自在に支持するセラミック製の支持棒と、
   該支持棒に支持されている前記螺旋状部材の外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に向き合って配置された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記誘導加熱コイルは、
   前記螺旋状部材を挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイルを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記一対の部分コイルは、
   前記螺旋状部材の外周面に沿ってその長手方向に延びるものであって、
   前記支持棒は、
   前記一対の部分コイルに挟まれた位置で、これら一対の部分コイルに並行に延びるものであることを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記支持棒は、
   前記螺旋状部材を支持する支持位置から該螺旋状部材を支持せずに落下させる落下位置まで移動するものであり、
   該支持棒に支持されたワークの下方に配置された、冷却液が収容される冷却槽を備えたことを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の熱処理装置。
5. 所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する素材から作製された螺旋状部材の中空部にセラミック製の支持棒を挿入して該螺旋状部材をその外周方向に回転自在に支持しておき、
   該支持棒に支持されている前記螺旋状部材の外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に誘導加熱コイルを向き合わせてこの対向部分を誘導加熱し、
   これら対向部分が前記磁気変態点を超えたときに前記螺旋状部材が磁力で回転して、該螺旋状部材の外周面のうち前記対向部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに向き合って誘導加熱されることを特徴とする熱処理方法。
6. 前記螺旋状部材が所定の焼入温度になったときに、前記支持棒を前記螺旋状部材の中空部から引き抜いて該螺旋状部材を、冷却液が収容された冷却槽に落下させることを特徴とする請求項５に記載の熱処理方法。
7. 所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する線材をコイル状に形成したコイルばねの中空部に挿入されて該コイルばねをその外周方向に回転自在に支持するセラミック製の支持棒と、
   該支持棒に支持されている前記コイルばねの外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に向き合って配置された誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とする熱処理装置。
8. 前記誘導加熱コイルは、
   前記コイルばねを挟んで互いに対向する位置に配置された一対の部分コイルを有するものであることを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。
9. 前記一対の部分コイルは、
   前記コイルばねの外周面に沿ってその長手方向に延びるものであって、
   前記支持棒は、
   前記一対の部分コイルに挟まれた位置で、これら一対の部分コイルに並行に延びるものであることを特徴とする請求項８に記載の熱処理装置。
10. 前記支持棒は、
    前記コイルばねを支持する支持位置から該コイルばねを支持せずに落下させる落下位置まで移動するものであり、
    該支持棒に支持されたコイルばねの下方に配置された、冷却液が収容される冷却槽を備えたことを特徴とする請求項７，８，又は９に記載の熱処理装置。
11. 所定の磁気変態点を超えたときに強磁性体から常磁性体に変化する素材から作製されたコイルばねの中空部にセラミック製の支持棒を挿入して該コイルばねをその外周方向に回転自在に支持しておき、
    該支持棒に支持されている前記コイルばねの外周面のうち前記支持棒を挟んで対向する対向部分に誘導加熱コイルを向き合わせてこの対向部分を誘導加熱し、
    これら対向部分が前記磁気変態点を超えたときに前記コイルばねが磁力で回転して、該コイルばねの外周面のうち前記対向部分とは異なる他の部分が前記誘導加熱コイルに向き合わせて誘導加熱されることを特徴とする熱処理方法。
12. 前記コイルばねが所定の焼入温度になったときに、前記支持棒を前記コイルばねの中空部から引き抜いて該コイルばねを、冷却液が収容された冷却槽に落下させることを特徴とする請求項１１に記載の熱処理方法。

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