(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023102073
(43)【公開日】2023-07-24
(54)【発明の名称】高周波加熱装置
(51)【国際特許分類】
H05B 6/10 20060101AFI20230714BHJP
C21D 9/32 20060101ALI20230714BHJP
C21D 1/10 20060101ALI20230714BHJP
C21D 1/42 20060101ALI20230714BHJP
【ＦＩ】
H05B6/10 331
C21D9/32 B
C21D1/10 A
C21D1/10 G
C21D1/42 J
C21D1/42 F
C21D1/10 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022002419
(22)【出願日】2022-01-11
(71)【出願人】
【識別番号】390029089
【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(74)【代理人】
【氏名又は名称】白井 達哲
(74)【代理人】
【識別番号】100172188
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敬人
(74)【代理人】
【識別番号】100197538
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 功
(74)【代理人】
【識別番号】100176751
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 耕平
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 亮介
(72)【発明者】
【氏名】徳永 隆洋
(72)【発明者】
【氏名】田中 裕高
【テーマコード（参考）】
3K059
4K042
【Ｆターム（参考）】
3K059AA08
3K059AA16
3K059AB09
3K059AB20
3K059AB28
3K059AC37
3K059AC62
3K059CD48
3K059CD75
4K042AA18
4K042BA03
4K042DA01
4K042DB01
4K042DC05
4K042DD02
4K042DD04
4K042DE02
4K042DF02
4K042EA01
4K042EA02
(57)【要約】
【課題】大型のワークに対する加熱処理が容易な高周波加熱装置を提供する。
【解決手段】高周波加熱装置１は、多軸ロボット１０と、多軸ロボット１０のアーム１２の第１位置に取り付けられた加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と、アーム１２の第１位置と異なる第２位置に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランス３０と、加熱コイル２０と空芯トランス３０２との間に設けられ、加熱コイル２０と空芯トランス３０とを電気的に接続する導電部材３０ＡＡと、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】高周波加熱装置１は、多軸ロボット１０と、多軸ロボット１０のアーム１２の第１位置に取り付けられた加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と、アーム１２の第１位置と異なる第２位置に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランス３０と、加熱コイル２０と空芯トランス３０２との間に設けられ、加熱コイル２０と空芯トランス３０とを電気的に接続する導電部材３０ＡＡと、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多軸ロボットと、
前記多軸ロボットのアームの第１位置に取り付けられた加熱コイル及び冷却ジャケットと、
前記アームの第１位置と異なる第２位置に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランスと、
前記加熱コイルと前記空芯トランスとの間に設けられ、前記加熱コイルと前記空芯トランスとを電気的に接続する導電部材と、
を備える高周波加熱装置。
前記多軸ロボットのアームの第１位置に取り付けられた加熱コイル及び冷却ジャケットと、
前記アームの第１位置と異なる第２位置に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランスと、
前記加熱コイルと前記空芯トランスとの間に設けられ、前記加熱コイルと前記空芯トランスとを電気的に接続する導電部材と、
を備える高周波加熱装置。
【請求項2】
前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットの吐出口は、前記多軸ロボットによる前記アームの移動方向に連続して設けられている請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項3】
前記第１位置は前記アームの先端部であり、前記第２位置は前記アームの先端部以外の部分である請求項１又は２に記載の高周波加熱装置。
【請求項4】
プローブと、
前記アームに前記加熱コイル及び前記プローブを選択的に装着する自動工具交換装置と、
をさらに備え、
前記アームに前記プローブを装着し、前記多軸ロボットを駆動することにより、ワークの形状を測定し、
前記アームに前記加熱コイルを装着し、前記ワークの形状の測定結果に基づいて前記多軸ロボットを駆動することにより、前記ワークに熱処理を施す請求項１～３いずれか１つに記載の高周波加熱装置。
前記アームに前記加熱コイル及び前記プローブを選択的に装着する自動工具交換装置と、
をさらに備え、
前記アームに前記プローブを装着し、前記多軸ロボットを駆動することにより、ワークの形状を測定し、
前記アームに前記加熱コイルを装着し、前記ワークの形状の測定結果に基づいて前記多軸ロボットを駆動することにより、前記ワークに熱処理を施す請求項１～３いずれか１つに記載の高周波加熱装置。
【請求項5】
ワークと前記加熱コイルとのクリアランスを測定するセンサーをさらに備え、
前記クリアランスが一定範囲内になるように、前記多軸ロボットを駆動する請求項１～４のいずれか１つに記載の高周波加熱装置。
前記クリアランスが一定範囲内になるように、前記多軸ロボットを駆動する請求項１～４のいずれか１つに記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、高周波加熱装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ワークに焼入処理を施す場合には、ワークを加熱して冷却することが必要である。加熱手段として高周波加熱装置を使用する場合がある。ワークが小型である場合には、高周波加熱装置内にワークを装入することにより、ワークを加熱できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平５－２６３１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ワークが大型である場合には、高周波加熱装置内にワークを装入できないため、加熱処理が困難である。
【0005】
本発明の実施形態の目的は、大型のワークに対する加熱処理が容易な高周波加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態に係る高周波加熱装置は、多軸ロボットと、前記多軸ロボットのアームの第１位置に取り付けられた加熱コイル及び冷却ジャケットと、前記アームの第１位置と異なる第２位置に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランスと、前記加熱コイルと前記空芯トランスとの間に設けられ、前記加熱コイルと前記空芯トランスとを電気的に接続する導電部材と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明の実施形態によれば、大型のワークに対する加熱処理が容易な高周波加熱装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る高周波加熱装置を示す概念図である。
本実施形態に係る高周波加熱装置１は、例えば、高周波焼入に用いられる装置である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る高周波加熱装置を示す概念図である。
本実施形態に係る高周波加熱装置１は、例えば、高周波焼入に用いられる装置である。
【0010】
図１に示すように、高周波加熱装置１（以下、単に「装置１」という）は、床面１００上に設置されている。装置１は、ワーク２００に対して加熱処理、例えば、焼入処理を施す。ワーク２００の種類は特に限定されないが、例えば、搬送が困難な大型のワークであり、例えば、大型のヘリカルギアである。ワーク２００は支持台２０１上に載置されている。支持台２０１は、ワーク２００を自転可能なターンテーブルであってもよい。
【0011】
装置１においては、多軸ロボット１０、加熱コイル２０、空芯トランス３０、冷却ジャケット４０、及び、高周波電源装置５０が設けられている。多軸ロボット１０には、基体部１１とアーム１２が設けられている。基体部１１は床面１００に固定されている。アーム１２は基体部１１から延出しており、基体部１１によって制御され、多軸動作が可能である。加熱コイル２０は、アーム１２の先端部１３に取り付けられている。
【0012】
また、空芯トランス３０もアーム１２の先端部１３に取り付けられている。空芯トランス３０は加熱コイル２０に近接して配置されている。空芯トランス３０は加熱コイル２０に直接的又は間接的に接続されており、加熱コイル２０に対して高周波電流を供給する。空芯トランス３０が加熱コイル２０に間接的に接続されている場合は、例えば、ブスバーを介して接続されている。
【0013】
更に、冷却ジャケット４０もアーム１２の先端部１３に取り付けられている。すなわち、加熱コイル２０、空芯トランス３０及び冷却ジャケット４０は、同じアーム１２の同じ先端部１３に取り付けられている。冷却ジャケット４０は、外部から供給された冷却液を噴射する。
【0014】
高周波電源装置５０は、多軸ロボット１０には搭載されておらず、床面１００上に配置されている。高周波電源装置５０には、ブスバー５１が接続されており、ブスバー５１にはケーブル５２が接続されている。ケーブル５２は空芯トランス３０に接続されている。ブスバー５１は、例えば、銅板が組み合わされて構成されている。ケーブル５２は、例えば、水冷ケーブルであってもよい。ケーブル５２にはバネ等の補強部材が併設されてもよい。これにより、空芯トランス３０の移動に伴ってケーブル５２に印加される機械的な負荷を軽減することができる。
【0015】
なお、多軸ロボット１０は協働ロボットであることが好ましい。これにより、安全柵等により多軸ロボット１０を作業者から隔離する必要がなくなる。この結果、作業者がワーク２００に近づいて、ワーク２００の焼入処理領域を目視で確認できる。
【0016】
また、装置１にはカメラ（図示せず）が設けられていてもよい。これにより、多軸ロボット１０の制御部（図示せず）がカメラを介してワーク２００の画像を取得し、加熱コイル２０とワーク２００との位置関係を認識することができる。この結果、例えば、加熱コイル２０とワーク２００との距離（クリアランス）を一定に保ったまま、多軸ロボット１０を動作させることができる。
【0017】
次に、装置１の動作について説明する。
先ず、装置１をワーク２００の近傍に設置する。多軸ロボット１０がアーム１２を駆動して、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０をワーク２００の焼入予定領域に近接させる。高周波電源装置５０は、ブスバー５１及びケーブル５２を介して、空芯トランス３０に高周波電流を供給する。
先ず、装置１をワーク２００の近傍に設置する。多軸ロボット１０がアーム１２を駆動して、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０をワーク２００の焼入予定領域に近接させる。高周波電源装置５０は、ブスバー５１及びケーブル５２を介して、空芯トランス３０に高周波電流を供給する。
【0018】
高周波電流の周波数は、例えば、０．３ｋＨｚ～４５０ｋＨｚとする。空芯トランス３０は高周波電流を増幅して、加熱コイル２０に供給する。これにより、ワーク２００における加熱コイル２０に近接した領域が誘導加熱される。冷却ジャケット４０は、外部から供給された冷却液をワーク２００における加熱された領域に向けて噴射する。
【0019】
この結果、ワーク２００の表面の一部が加熱された直後に急冷されて、焼入処理が施される。そして、多軸ロボット１０がアーム１２を移動させることにより、ワーク２００の表面に連続的に焼入処理を施すことができる。このとき、支持台２０１はワーク２００を自転させてもよい。これにより、ワーク２００の表面におけるより広い領域に焼入処理を施すことができる。
【0020】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、多軸ロボット１０のアーム１２の先端部１３に加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０を取り付けており、アーム１２を駆動することにより、ワーク２００に対する加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０の相対的な位置を変化させることができる。これにより、大型のワーク２００を動かすことなく、ワーク２００に焼入処理を施すことができる。このため、大型のワーク２００に対する加熱処理が容易である。
本実施形態においては、多軸ロボット１０のアーム１２の先端部１３に加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０を取り付けており、アーム１２を駆動することにより、ワーク２００に対する加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０の相対的な位置を変化させることができる。これにより、大型のワーク２００を動かすことなく、ワーク２００に焼入処理を施すことができる。このため、大型のワーク２００に対する加熱処理が容易である。
【0021】
更に、装置１においては、変成器として空芯トランス３０を用いている。
ここでいう空芯トランスとは、全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されているトランスのことを言う。すなわち、空芯トランス３０には鉄芯が設けられていないため、鉄芯入りのトランスと比較して軽量である。一例では、鉄芯入りのトランスの重量は７０～１６０ｋｇ程度であるが、同じ性能の空芯トランスの重量は２０～３０ｋｇ程度である。このため、多軸ロボット１０の積載重量を低くすることができ、装置１の小型化及び低コスト化が可能となる。
ここでいう空芯トランスとは、全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されているトランスのことを言う。すなわち、空芯トランス３０には鉄芯が設けられていないため、鉄芯入りのトランスと比較して軽量である。一例では、鉄芯入りのトランスの重量は７０～１６０ｋｇ程度であるが、同じ性能の空芯トランスの重量は２０～３０ｋｇ程度である。このため、多軸ロボット１０の積載重量を低くすることができ、装置１の小型化及び低コスト化が可能となる。
【0022】
また、鉄心入りのトランスは、入力される高周波電流の周波数が定格周波数よりも低いと磁気飽和が懸念され、定格周波数よりも高いと鉄損による損失が大きくなるため、好適な周波数帯が狭い。これに対して、空芯トランスは磁気飽和しないため、好適な周波数帯が広い。このように、空芯トランスは鉄芯入りのトランスと比較して、より広い周波数帯に対応可能である。このため、空芯トランス３０により、ワーク２００に適した様々な周波数帯の高周波電流を用いることができる。
【0023】
図２は、図１に示す加熱コイル２０、空芯トランス３０、冷却ジャケット４０及びアーム１２の先端部１３近傍の具体的な態様を示す構成毎の分解概念図である。図３は、図２に示す分解図を一体化させたときの概念図である。
装置１は、図１から図３に示すように、多軸ロボット１０と、多軸ロボット１０のアーム１２の第１位置（好ましくはアーム１２の先端部１３）に取り付けられた加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と、アーム１２の第１位置と異なる第２位置（好ましくはアーム１２の先端部１３以外）に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランス３０と、加熱コイル２０と空芯トランス３０との間に設けられ、加熱コイル２０と空芯トランス３０とを電気的に接続する導電部材３０ＡＡと、を備える。
なお、ここでいう導電部材３０ＡＡは、例えばケーブル又はブスバーである（以下、本実施形態では、全ての導電部材をケーブルとして説明する）。
装置１は、図１から図３に示すように、多軸ロボット１０と、多軸ロボット１０のアーム１２の第１位置（好ましくはアーム１２の先端部１３）に取り付けられた加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と、アーム１２の第１位置と異なる第２位置（好ましくはアーム１２の先端部１３以外）に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランス３０と、加熱コイル２０と空芯トランス３０との間に設けられ、加熱コイル２０と空芯トランス３０とを電気的に接続する導電部材３０ＡＡと、を備える。
なお、ここでいう導電部材３０ＡＡは、例えばケーブル又はブスバーである（以下、本実施形態では、全ての導電部材をケーブルとして説明する）。
【0024】
装置１は、より具体的には、多軸ロボット１０のアーム１２の第１位置に取り付けられた固定材２１と、固定材２１の一方の面（例えば、図２及び図３では紙面下部側の面）に第１断熱材２４、加熱コイル２０、第２断熱材２６及び冷却ジャケット４０がこの順で図示しない取り付け手段により一体に取り付けられた加熱冷却部２０ＡＡと、アーム１２の第１位置と異なる第２位置に取り付けられた全体が空芯状態でコイル状に巻かれて構成されている空芯トランス３０と、加熱コイル２０と空芯トランス３０との間に設けられ、加熱コイル２０と空芯トランス３０とを電気的に接続するケーブル３０ＡＡと、を備える。加熱コイル２０の長手方向には、コア２８が装着されている。
【0025】
固定材２１は、図２及び図３に示すように、例えば、平板形状で構成されている。
固定材２１の材質は、アーム１２の先端部１３に取り付けられ、かつ、空芯トランス３０、第１断熱材２４、加熱コイル２０、第２断熱材２６及び冷却ジャケット４０が一体に取り付けられ、多軸ロボット１０のアーム１２によりこれらが三次元的に移動可能であれば、特に限定されない。
固定材２１の材質は、アーム１２の先端部１３に取り付けられ、かつ、空芯トランス３０、第１断熱材２４、加熱コイル２０、第２断熱材２６及び冷却ジャケット４０が一体に取り付けられ、多軸ロボット１０のアーム１２によりこれらが三次元的に移動可能であれば、特に限定されない。
【0026】
固定材２１の材質は、例えば、アングル鋼で構成されている。
第１断熱材２４は、図２及び図３に示すように、例えば、平板形状で構成されており、下部に取り付けられた加熱コイル２０からの輻射熱が空芯トランス３０に伝熱することを抑制する。
第１断熱材２４は、例えば、アルミナで構成されている。
加熱コイル２０は、図２及び図３に示すように、例えば、屈曲形状で構成され、ケーブル３０ＡＡ、空芯トランス３０、ケーブル５２及びブスバー５１を介して、高周波電源装置５０に接続されている。また、加熱コイル２０は、冷却液を適宜循環させる図示しない冷却液循環経路を備えている。
加熱コイル２０の材質としては、高周波加熱で一般的に用いられている導電材料を使用することができる。
第１断熱材２４は、図２及び図３に示すように、例えば、平板形状で構成されており、下部に取り付けられた加熱コイル２０からの輻射熱が空芯トランス３０に伝熱することを抑制する。
第１断熱材２４は、例えば、アルミナで構成されている。
加熱コイル２０は、図２及び図３に示すように、例えば、屈曲形状で構成され、ケーブル３０ＡＡ、空芯トランス３０、ケーブル５２及びブスバー５１を介して、高周波電源装置５０に接続されている。また、加熱コイル２０は、冷却液を適宜循環させる図示しない冷却液循環経路を備えている。
加熱コイル２０の材質としては、高周波加熱で一般的に用いられている導電材料を使用することができる。
【0027】
第２断熱材２６は、図２に示すように、例えば、平板形状で構成され、上部に取り付けられた加熱コイル２０からの輻射熱が冷却ジャケット４０に伝熱することを抑制する。
第２断熱材２６は、例えば、アルミナで構成されている。
冷却ジャケット４０は、図２に示すように、例えば、角錐形状で構成され、下面側の冷却液導入管４０ａから図示しない内部空間に冷却液（水溶性ポリマーを用いた冷却液を含む）を供給すると共に、当該内部空間に供給された冷却液を側面側の吐出口４０ｂから吐出させてワーク２００にあてることで加熱したワーク２００を冷却する。
冷却ジャケット４０の材質としては、高周波加熱で一般的に用いられている導電材料を使用することができる。
第２断熱材２６は、例えば、アルミナで構成されている。
冷却ジャケット４０は、図２に示すように、例えば、角錐形状で構成され、下面側の冷却液導入管４０ａから図示しない内部空間に冷却液（水溶性ポリマーを用いた冷却液を含む）を供給すると共に、当該内部空間に供給された冷却液を側面側の吐出口４０ｂから吐出させてワーク２００にあてることで加熱したワーク２００を冷却する。
冷却ジャケット４０の材質としては、高周波加熱で一般的に用いられている導電材料を使用することができる。
【0028】
図４（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に用いられる空芯トランス３０の一例を示す概念図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は（ａ）が完成した場合の空芯トランスの等価回路図である。
空芯トランス３０は、図４（ａ）に示すように、導電箔膜３１ａ、３１ｂ（例えば、アルミニウム箔）の両端に適切な大きさ及び長さの金属めっき等を施した鉄線や銅線等の端子またはリード線３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ及び３１ｈを、例えば、電気溶接等の周知技法で固定する。この導電箔膜３１ａ、３１ｂはポリエチレン、マイラー等の高誘電率、かつ、高絶縁耐圧を有するプラスチックフィルム３１ｃ、３１ｄを介して重ね合わせ、巻線機械を用いて空芯状態に密に巻回する。フィルム３１ｃ、３１ｄの厚さは、必要とするトランスの巻線間絶縁耐圧により決め、導電箔膜３１ａ、３１ｂの巻回数は必要とするインダクタンスと巻数比により決めることができる。
空芯トランス３０は、図４（ａ）に示すように、導電箔膜３１ａ、３１ｂ（例えば、アルミニウム箔）の両端に適切な大きさ及び長さの金属めっき等を施した鉄線や銅線等の端子またはリード線３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ及び３１ｈを、例えば、電気溶接等の周知技法で固定する。この導電箔膜３１ａ、３１ｂはポリエチレン、マイラー等の高誘電率、かつ、高絶縁耐圧を有するプラスチックフィルム３１ｃ、３１ｄを介して重ね合わせ、巻線機械を用いて空芯状態に密に巻回する。フィルム３１ｃ、３１ｄの厚さは、必要とするトランスの巻線間絶縁耐圧により決め、導電箔膜３１ａ、３１ｂの巻回数は必要とするインダクタンスと巻数比により決めることができる。
【0029】
図４（ｂ）に示す図４（ａ）の空芯トランス３０の等価回路図は、端子３１ｅ－３１ｇ間に一次巻線Ｗ１が導電箔膜３１ａにより形成され、端子３１ｆ－３１ｈ間に二次巻線Ｗ２が導電箔膜３１ｂにより形成される。なお、両巻線Ｗ１ 、Ｗ２間にはその対向する全長にわたりほぼ一定の分布静電容量Ｃ０が不可避的に形成される。
【0030】
図５は、図４（ａ）に示す空芯トランス３０の分解図を完成させた完成斜視概念図である。第１の実施形態に用いられる空芯トランス３０は、図５に示すように、導電箔膜３１ａ、絶縁フィルムまたはテープ３１ｃ、導電箔膜３１ｂ、絶縁フィルムまたはテープ３１ｄをこの順に積層して巻回することにより作製される。空芯トランス３０は巻回した状態でそのまま使用するか、もしくは適当な圧力を加えてほぼ楕円形に変形させると共に、端子３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｈを除き全体を、例えばエポキシ等の樹脂でコーティングして吸湿等による特性劣化を防止した上で使用する。なお、空芯トランス３０には鉄芯（磁芯）が無いので押圧変形しやすく、両巻線Ｗ１、Ｗ２間の結合を一層密にして漏洩磁束による効率低下を防止するのに有効である。
【0031】
なお、図２及び図３において、また、図４及び図５において、端子３１ｆ，３１ｈを含めた（一つにした）ものが図１のケーブル５２であったり、図７で説明するケーブル５２ａ、５２ｂであったりする。更に、図４及び図５において、端子３１ｅ、３１ｇは、ケーブル３０ＡＡを介して加熱コイル２０に電気的に接続されている。
【0032】
次に、図６を用いて、本実施形態に係る高周波加熱装置のワーク２００に対する焼入方法の一例を説明する。
図６は、図２及び図３における加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０によるワーク２００の焼入れ方法を説明する図である。
多軸ロボット１０によって、ワーク２００（図４中の例では、ヘリカルラック）の側面２００Ａに対向する位置に加熱コイル２０の平面Ｐ１及び冷却ジャケット４０の側面Ｐ２をこの順で移動させる。なお、ワーク２００が図６に示すようなヘリカルラックである場合は、外周のギヤの谷（凹部）に合わせて、ギヤの谷（凹部）に沿って、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０を移動させる。その際、加熱コイル２０による高周波誘導加熱と冷却ジャケット４０による冷却を例えば同時に行うことで、ワーク２００の側面２００Ａを焼入れする。
なお、図６においては、理解を助けるために、各部の寸法比を実際とは異ならせている。実際には、ワーク２００としてのヘリカルラックは、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と比べて著しく大きい。
図６は、図２及び図３における加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０によるワーク２００の焼入れ方法を説明する図である。
多軸ロボット１０によって、ワーク２００（図４中の例では、ヘリカルラック）の側面２００Ａに対向する位置に加熱コイル２０の平面Ｐ１及び冷却ジャケット４０の側面Ｐ２をこの順で移動させる。なお、ワーク２００が図６に示すようなヘリカルラックである場合は、外周のギヤの谷（凹部）に合わせて、ギヤの谷（凹部）に沿って、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０を移動させる。その際、加熱コイル２０による高周波誘導加熱と冷却ジャケット４０による冷却を例えば同時に行うことで、ワーク２００の側面２００Ａを焼入れする。
なお、図６においては、理解を助けるために、各部の寸法比を実際とは異ならせている。実際には、ワーク２００としてのヘリカルラックは、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と比べて著しく大きい。
【0033】
上記のように、本実施形態に係る装置１は、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０と空芯トランス３０が、それぞれ多軸ロボット１０のアーム１２の別の位置に取り付けられている。従って、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０を保持するアーム部分への荷重集中を低減（当該アーム部分の破損等を抑制）することができる。ましてや大型のワークに対する加熱処理が必要な高周波加熱装置では、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０も大型化する傾向があるため、当該荷重集中低減は大きい効果となる。
また、加熱コイル２０と空芯トランス３０は、それぞれアーム１２の別の位置に取り付けられているため、加熱コイル２０からの輻射熱が空芯トランス３０に伝熱するのを抑制することができる。
また、加熱コイル２０と空芯トランス３０は、それぞれアーム１２の別の位置に取り付けられているため、加熱コイル２０からの輻射熱が空芯トランス３０に伝熱するのを抑制することができる。
【0034】
また、空芯トランス３０には鉄芯が設けられていないため、鉄芯入りのトランスと比較して軽量である。このため、多軸ロボット１０のアーム１２に加熱コイル２０や冷却ジャケット４０を積載してもその重量を低くすることができるため、アーム１２による移動負荷を低減することができる。
更に、軽量の空芯トランス３０を用いるため、特許文献１に記載されているような高周波トランスを支持する滑車等のバランサーを設ける必要がない。従って、高周波加熱装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
加えて、空芯トランスは磁気飽和しないため、好適な周波数帯が広い。従って、より広い周波数帯に対応可能である。このため、空芯トランス３０により、ワーク２００に適した様々な周波数帯の高周波電流を用いることができる。
以上から、本発明の実施形態によれば、大型のワークに対する加熱処理が容易な高周波加熱装置を実現することができる。
更に、軽量の空芯トランス３０を用いるため、特許文献１に記載されているような高周波トランスを支持する滑車等のバランサーを設ける必要がない。従って、高周波加熱装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
加えて、空芯トランスは磁気飽和しないため、好適な周波数帯が広い。従って、より広い周波数帯に対応可能である。このため、空芯トランス３０により、ワーク２００に適した様々な周波数帯の高周波電流を用いることができる。
以上から、本発明の実施形態によれば、大型のワークに対する加熱処理が容易な高周波加熱装置を実現することができる。
【0035】
加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０の吐出口４０ｂは、多軸ロボット１０によるアーム１２の移動方向に連続して設けられていることが好ましい。
具体的には、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０の吐出口４０ｂは、図２及び図３に示すように、多軸ロボット１０によるアーム１２の移動方向に、加熱コイル２０の表面２０ａ及び冷却ジャケット４０の吐出口４０ｂが連続して設けられていることが好ましい。アーム１２の移動方向とは、例えば、ワーク２００の焼入予定領域に沿って先端部１３が移動する方向である。
このような構成とすることで、多軸ロボット１０のアーム１２による移動の際、各々の移動方向で連続して、焼入処理（加熱された直後に急冷）を施すことができるため好ましい。
具体的には、加熱コイル２０及び冷却ジャケット４０の吐出口４０ｂは、図２及び図３に示すように、多軸ロボット１０によるアーム１２の移動方向に、加熱コイル２０の表面２０ａ及び冷却ジャケット４０の吐出口４０ｂが連続して設けられていることが好ましい。アーム１２の移動方向とは、例えば、ワーク２００の焼入予定領域に沿って先端部１３が移動する方向である。
このような構成とすることで、多軸ロボット１０のアーム１２による移動の際、各々の移動方向で連続して、焼入処理（加熱された直後に急冷）を施すことができるため好ましい。
【0036】
【0037】
図７に示すように、装置１ｂにおいては、１台の高周波電源装置５０及び１組のブスバー５１に対して、複数台の多軸ロボットが設けられている。それぞれの多軸ロボットのアームの先端部には、第１の実施形態と同様に、加熱コイル、空芯トランス及び冷却ジャケットが搭載されている。
【0038】
図７に示す例では、１台の高周波電源装置５０に対して２台の多軸ロボット１０ａ及び１０ｂが設けられている。多軸ロボット１０ａにおいては、基体部１１ａからアーム１２ａが延出し、アーム１２ａの先端部１３ａに加熱コイル２０ａ、空芯トランス３０ａ及び冷却ジャケット４０ａが設けられている。空芯トランス３０ａには、高周波電源装置５０からブスバー５１及びケーブル５２ａを介して、高周波電流が供給される。多軸ロボット１０ａは、ワーク２００ａに対して焼入処理を施す。同様に、多軸ロボット１０ｂにおいては、基体部１１ｂからアーム１２ｂが延出し、アーム１２ｂの先端部１３ｂに加熱コイル２０ｂ、空芯トランス３０ｂ及び冷却ジャケット４０ｂが設けられている。空芯トランス３０ｂには、高周波電源装置５０からブスバー５１及びケーブル５２ｂを介して、高周波電流が供給される。多軸ロボット１０ｂは、ワーク２００ｂに対して焼入処理を施す。
【0039】
ワーク２００ａ及び２００ｂの種類は特に限定されない。例えば、ワーク２００ａ及び２００ｂは別個のヘリカルギアであってもよく、１つのヘリカルギアの別の部分であってもよい。例えば、大型のヘリカルギアを挟む位置に、多軸ロボット１０ａ及び１０ｂが配置されていてもよい。又は、ワーク２００ａ及び２００ｂのうちの少なくとも一方は、ヘリカルギア以外の部品であってもよい。
【0040】
また、装置１ｂには、ブスバー５１からケーブル５２ａ及び５２ｂに至る電流経路の途中に、スイッチ５３が設けられている。スイッチ５３を切り替えることにより、高周波電源装置５０から出力された電流を、ブスバー５１を介してケーブル５２ａのみに流すが、ブスバー５１を介してケーブル５２ｂのみに流すか、ブスバー５１を介してケーブル５２ａ及び５２ｂの双方に流すかを、適宜選択することができる。なお、スイッチ５３は設けられていなくてもよい。この場合は、ケーブル５２ａ及び５２ｂはブスバー５１に固定的に接続される。
【0041】
次に、装置１ｂの動作について説明する。
装置１ｂにおいては、加熱コイル２０ａ及び冷却ジャケット４０ａがワーク２００ａに対して焼入処理を施すのと同時に、加熱コイル２０ｂ及び冷却ジャケット４０ｂがワーク２００ｂに対して焼入処理を施してもよい。又は、加熱コイル２０ａがワーク２００ａを加熱している間に、冷却ジャケット４０ｂがワーク２００ｂを冷却し、加熱コイル２０ｂがワーク２００ｂを加熱している間に、冷却ジャケット４０ａがワーク２００ａを冷却してもよい。
装置１ｂにおいては、加熱コイル２０ａ及び冷却ジャケット４０ａがワーク２００ａに対して焼入処理を施すのと同時に、加熱コイル２０ｂ及び冷却ジャケット４０ｂがワーク２００ｂに対して焼入処理を施してもよい。又は、加熱コイル２０ａがワーク２００ａを加熱している間に、冷却ジャケット４０ｂがワーク２００ｂを冷却し、加熱コイル２０ｂがワーク２００ｂを加熱している間に、冷却ジャケット４０ａがワーク２００ａを冷却してもよい。
【0042】
又は、加熱コイル２０ａ及び冷却ジャケット４０ａがワーク２００ａに対して焼入処理を施している間は、加熱コイル２０ｂ及び冷却ジャケット４０ｂを停止させ、加熱コイル２０ｂ及び冷却ジャケット４０ｂがワーク２００ｂに対して焼入処理を施している間は、加熱コイル２０ａ及び冷却ジャケット４０ａを停止させてもよい。このように、一方のワークに対して焼入処理を施している間に、他方のワークに対する焼入処理を停止し、その間に、ワークを自転させるか多軸ロボットを移動させて、他方のワークと多軸ロボットとの位置関係を変更してもよい。
【0043】
次に、本変形例の効果について説明する。
本変形例においては、１台の高周波電源装置５０が加熱コイル２０ａ及び２０ｂに対して電流を供給する。これにより、ワーク２００ａ及び２００ｂに対して焼入処理を連続して施すことができる。このため、装置１ｂは製品の生産性が高い。
本変形例においては、１台の高周波電源装置５０が加熱コイル２０ａ及び２０ｂに対して電流を供給する。これにより、ワーク２００ａ及び２００ｂに対して焼入処理を連続して施すことができる。このため、装置１ｂは製品の生産性が高い。
【0044】
なお、図７においては、１台の高周波電源装置５０に対して２台の多軸ロボット１０ａ及び１０ｂを設ける例を示したが、本発明はこれには限定されず、１台の高周波電源装置５０に対して３台以上の多軸ロボットを設けてもよい。
本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【0045】
なお、上述の変形例においては、高周波電源装置５０を１台のみ設ける例を示したが、高周波電源装置５０は複数台設けてもよい。例えば、ｎ台（ｎは２以上の整数）の高周波電源装置５０に対してｍ台（ｍはｎ以上の整数）の多軸ロボット１０を設けて、高周波電源装置５０とこの高周波電源装置５０が電流を供給する空芯トランス３０との組み合わせを適宜切り替えてもよい。これにより、高周波加熱装置の柔軟な運用が可能となる。
【0046】
＜第２の実施形態＞
図８は、本実施形態に係る高周波加熱装置を示す概念図である。
図８に示すように、本実施形態に係る高周波加熱装置３（装置３）においては、第１の実施形態に係る装置１の構成に加えて、自動工具交換装置（Automatic Tool Changer：ＡＴＣ）７０、プローブ７６及びセンサー７９が設けられている。なお、図８においては、高周波電源装置５０、ブスバー５１及びケーブル５２は、図示を省略している。
図８は、本実施形態に係る高周波加熱装置を示す概念図である。
図８に示すように、本実施形態に係る高周波加熱装置３（装置３）においては、第１の実施形態に係る装置１の構成に加えて、自動工具交換装置（Automatic Tool Changer：ＡＴＣ）７０、プローブ７６及びセンサー７９が設けられている。なお、図８においては、高周波電源装置５０、ブスバー５１及びケーブル５２は、図示を省略している。
【0047】
自動工具交換装置７０は、多軸ロボット１０のアーム１２に加熱コイル２０及びプローブ７６を選択的に装着するものである。自動工具交換装置７０は、例えば、マガジン式ＡＴＣである。自動工具交換装置７０においては、ツールマガジン７１及びチェンジャーアーム７２が設けられている。
【0048】
ツールマガジン７１は、多軸ロボット１０から独立して設置されており、加熱コイル２０及びプローブ７６を保持可能である。チェンジャーアーム７２は多軸ロボット１０のアーム１２の先端部１３に設けられている。チェンジャーアーム７２は、ツールマガジン７１から加熱コイル２０又はプローブ７６を選択的に取り出し、保持できる。すなわち、アーム１２は、ツールマガジン７１に保持された加熱コイル２０及びプローブ７６のうち、いずれか１つをチェンジャーアーム７２を介して保持することができる。
【0049】
但し、自動工具交換装置７０の構成はこれには限定されず、例えば、アーム１２の先端部１３のみに設けられていてもよい。この場合、自動工具交換装置７０は加熱コイル２０及びプローブ７６の双方を保持し、自動工具交換装置７０が回転することにより、加熱コイル２０及びプローブ７６のうちいずれか一方をワーク２００に向けてもよい。
【0050】
センサー７９は、ワーク２００と加熱コイル２０とのクリアランスを測定する。センサー７９は、例えば、アーム１２に取り付けられている。センサー７９は、例えば、ワーク２００に接触し、接触時の力を測定する力覚センサー、ワーク２００に対して接触せずにワーク２００との距離を測定する距離センサー、又は、ワーク２００と加熱コイル２０の画像を取得してクリアランスを評価する画像センサー等である。
【0051】
次に、装置３の動作について説明する。
初期状態において、ツールマガジン７１には、加熱コイル２０及びプローブ７６が保持されている。多軸ロボット１０はアーム１２を駆動して、ツールマガジン７１に保持されていたプローブ７６をチェンジャーアーム７２を介して装着する。次に、支持台２０１によりワーク２００を自転させながら、アーム１２を駆動することにより、プローブ７６の先端部をワーク２００の表面に沿って移動させる。これにより、ワーク２００の形状を測定し、測定結果を記憶する。
初期状態において、ツールマガジン７１には、加熱コイル２０及びプローブ７６が保持されている。多軸ロボット１０はアーム１２を駆動して、ツールマガジン７１に保持されていたプローブ７６をチェンジャーアーム７２を介して装着する。次に、支持台２０１によりワーク２００を自転させながら、アーム１２を駆動することにより、プローブ７６の先端部をワーク２００の表面に沿って移動させる。これにより、ワーク２００の形状を測定し、測定結果を記憶する。
【0052】
なお、ワーク２００の形状の概略を示すデータがある場合には、予め多軸ロボット１０の制御部に入力しておき、プローブ７６の大まかな軌跡を設定しておくことが好ましい。これにより、ワーク２００の形状を効率的に精度良く計測することができる。例えば、ワーク２００がヘリカルギアである場合には、ワーク２００の形状の概略を示すデータは例えばヘリカルギアの諸元であり、例えば、歯先円直径、歯底円直径、モジュール（ピッチ円直径／歯数）、歯数、ピッチ円直径、ねじれ角、圧力角、歯幅、歯車の種類等である。
【0053】
次に、アーム１２を駆動させて、チェンジャーアーム７２に保持されていたプローブ７６をツールマガジン７１に戻し、ツールマガジン７１に保持されていた加熱コイル２０をチェンジャーアーム７２を介して装着する。そして、高周波電源装置５０が空芯トランス３０を介して加熱コイル２０に高周波電流を供給する。
【0054】
この状態で、ワーク２００の形状の測定結果に基づいてアーム１２を駆動することにより、加熱コイル２０をワーク２００の表面に沿って移動させる。このとき、センサー７９がワーク２００と加熱コイル２０とのクリアランスを測定し、クリアランスが一定範囲内になるように、多軸ロボット１０の動作を制御する。これにより、ワーク２００に対して加熱処理を施す。
【0055】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、プローブ７６を用いて予めワーク２００の形状を測定することにより、ワーク２００の形状が複雑であっても、自動的に加熱処理を施すことができる。また、センサー７９がワーク２００と加熱コイル２０とのクリアランスを測定し、クリアランスが一定範囲内になるように多軸ロボット１０を制御することにより、より精度が高い加熱処理が可能となる。なお、プローブ７６によるワーク２００の形状測定の精度が十分に高い場合には、センサー７９は設けなくてもよい。
本実施形態によれば、プローブ７６を用いて予めワーク２００の形状を測定することにより、ワーク２００の形状が複雑であっても、自動的に加熱処理を施すことができる。また、センサー７９がワーク２００と加熱コイル２０とのクリアランスを測定し、クリアランスが一定範囲内になるように多軸ロボット１０を制御することにより、より精度が高い加熱処理が可能となる。なお、プローブ７６によるワーク２００の形状測定の精度が十分に高い場合には、センサー７９は設けなくてもよい。
【0056】
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【符号の説明】
【0057】
１、１ｂ、３：高周波加熱装置
１０、１０ａ、１０ｂ：多軸ロボット
１１、１１ａ、１１ｂ：基体部
１２、１２ａ、１２ｂ：アーム
１３、１３ａ、１３ｂ：先端部
２０、２０ａ、２０ｂ：加熱コイル
２１：固定材
２４：第１断熱材
２６：第２断熱材
３０、３０ａ、３０ｂ：空芯トランス
３０ＡＡ：導電部材（ケーブル）
４０、４０ａ、４０ｂ：冷却ジャケット
５０：高周波電源装置
５１：ブスバー
５２、５２ａ、５２ｂ：ケーブル
５３：スイッチ
７０：自動工具交換装置（ＡＴＣ）
７１：ツールマガジン
７２：チェンジャーアーム
７６：プローブ
７９：センサー
１００：床面
２００、２００ａ、２００ｂ：ワーク
２０１、２０１ａ、２０１ｂ：支持台
１０、１０ａ、１０ｂ：多軸ロボット
１１、１１ａ、１１ｂ：基体部
１２、１２ａ、１２ｂ：アーム
１３、１３ａ、１３ｂ：先端部
２０、２０ａ、２０ｂ：加熱コイル
２１：固定材
２４：第１断熱材
２６：第２断熱材
３０、３０ａ、３０ｂ：空芯トランス
３０ＡＡ：導電部材（ケーブル）
４０、４０ａ、４０ｂ：冷却ジャケット
５０：高周波電源装置
５１：ブスバー
５２、５２ａ、５２ｂ：ケーブル
５３：スイッチ
７０：自動工具交換装置（ＡＴＣ）
７１：ツールマガジン
７２：チェンジャーアーム
７６：プローブ
７９：センサー
１００：床面
２００、２００ａ、２００ｂ：ワーク
２０１、２０１ａ、２０１ｂ：支持台
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】