特許 7627277 ベアリングコンポーネントの複数の特徴部分を同時に加熱するためのスプリットマルチコイル電気誘導加熱処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-28

(45)【発行日】2025-02-05

(54)【発明の名称】ベアリングコンポーネントの複数の特徴部分を同時に加熱するためのスプリットマルチコイル電気誘導加熱処理システム

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/10 20060101AFI20250129BHJP

   H05B 6/36 20060101ALI20250129BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20250129BHJP

【ＦＩ】

H05B6/10 331

H05B6/36 F

C21D9/00 A

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2022547789

(86)(22)【出願日】2021-02-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-28

(86)【国際出願番号】 US2021016326

(87)【国際公開番号】W WO2021158604

(87)【国際公開日】2021-08-12

【審査請求日】2023-11-17

(31)【優先権主張番号】62/970,237

(32)【優先日】2020-02-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501395742

【氏名又は名称】インダクトヒート インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】バレリー・アイ・ルードネフ

(72)【発明者】

【氏名】ゲイリー・エイ・ドイオン

(72)【発明者】

【氏名】グレンビル・コリン・デスミエル

(72)【発明者】

【氏名】ロバート・ジェイ・マデイラ

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー・ジェラード・ブジー

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特表２００３－５２２３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３５６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００８３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１５４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４７－００６４２０（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７９６０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－０１３４０５２（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／１０

Ｈ０５Ｂ ６／３６

Ｃ２１Ｄ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベアリングコンポーネント上の複数のベアリング特徴部分を同時に加熱するためのスプリットインダクタアセンブリを有する、スプリットマルチコイル電気誘導加熱システムであって、前記スプリットインダクタアセンブリは、前記ベアリングコンポーネントの加熱位置から分離可能なマスターインダクタアセンブリ及びパッシブインダクタアセンブリを含み、前記スプリットマルチコイル電気誘導加熱システムは、
前記マスターインダクタアセンブリに配置された、以下を含むマスターインダクタ回路：
少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分を加熱するためのマスター加熱インダクタ、
マスター磁束カプラー、
前記マスターインダクタ回路の電源端子、及び
前記マスターインダクタ回路の電源端子を前記マスター加熱インダクタに接続するマスターインダクタ回路導体ネットワークであって、前記マスターインダクタ回路導体ネットワークに対して、前記マスター磁束カプラーが近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離されるマスターインダクタ回路導体ネットワーク；及び
前記パッシブインダクタアセンブリに配置された、以下を含むパッシブインダクタ回路：
少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を加熱するためのパッシブ加熱インダクタ、
パッシブ磁束カプラー、及び
前記パッシブ加熱インダクタと閉直列電気回路を形成する、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク
を含み、
前記パッシブ磁束カプラーは、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに近接して配置され、物理的に分離されており、前記パッシブ磁束カプラーは、前記マスター磁束カプラーに近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離されており、これにより、前記マスターインダクタ回路及び前記パッシブインダクタ回路が、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を誘導加熱のために前記ベアリングコンポーネントの加熱位置にあり、前記マスターインダクタ回路の電源端子にマスター回路の交流電流が印加されるとき、前記マスターインダクタ回路の磁場が、前記マスター磁束カプラーと磁気的に結合されている前記パッシブ磁束カプラーを介して、前記パッシブインダクタ回路と結合し、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに、パッシブ回路の交流電流を生成する、スプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項2】

前記マスター加熱インダクタはシングルターンソレノイドコイルを含み、前記パッシブ加熱インダクタはシングルターンソレノイドコイルを含む、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項3】

前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分は、前記ベアリングコンポーネントの内部ベアリング特徴部分を誘導的に加熱するために、前記マスター加熱インダクタ又は前記パッシブ加熱インダクタの外部の周りに少なくとも部分的に配置される、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項4】

前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分は、前記ベアリングコンポーネントの外部ベアリング特徴部分を誘導的に加熱するために、前記マスター加熱インダクタ又は前記パッシブ加熱インダクタの内部の周りに少なくとも部分的に配置される、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項5】

前記マスター加熱インダクタと前記パッシブ加熱インダクタは、逆瞬時電流が流れるように構成された、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項6】

更に、以下のいずれかに構成された、スプリットインダクタアセンブリ位置決め装置を含む、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム：
（ａ）前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分を前記マスター加熱インダクタを使用した誘導加熱のために配置し、前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を前記パッシブ加熱インダクタを使用した誘導加熱のために配置して、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を同時に加熱するとき、前記マスターインダクタアセンブリの前記マスター加熱インダクタを、前記パッシブインダクタアセンブリの前記パッシブ加熱インダクタと長手方向に位置合わせし、前記パッシブ磁束カプラーを、前記マスター磁束カプラーに近接して、物理的に分離するように配置すること；
（ｂ）前記ベアリングコンポーネントを前記ベアリングコンポーネントの加熱位置に配置して、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を誘導加熱するために、又は、前記ベアリングコンポーネントの加熱位置において、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を誘導加熱した後、前記ベアリングコンポーネントを取り外すために、前記マスターインダクタアセンブリの前記マスター加熱インダクタを、前記パッシブインダクタアセンブリの前記パッシブ加熱インダクタから長手方向に分離すること。

【請求項7】

更に、誘導加熱した後、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分のオーステナイト化された領域を焼入れするための焼入れシステムを含み、前記焼入れシステムは、前記ベアリングコンポーネントの加熱位置で、前記ベアリングコンポーネントの加熱位置から遠隔焼入れステーションへの移行中、又は遠隔焼入れステーションでの焼入れのいずれか又は組み合わせのための焼入れ剤塗布装置を含む、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項8】

更に、第２のベアリングコンポーネント上の少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分をそれぞれ加熱するように構成された、前記マスター加熱インダクタと電気的に直列接続された第２のマスター加熱インダクタ及び前記パッシブ加熱インダクタと電気的に直列接続された第２のパッシブ加熱インダクタを含む、請求項１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項9】

前記マスターインダクタアセンブリ及び前記パッシブインダクタアセンブリは、ベアリングワークピース加熱ステーションに近接して配置されるように構成され、前記スプリットマルチコイル電気誘導加熱システムは更に、
以下を含む回転テーブル：
前記ベアリングコンポーネントと前記第２のベアリングコンポーネントを前記回転テーブルにロードし、及び前記ベアリングコンポーネントと前記第２のベアリングコンポーネントを前記回転テーブルからアンロードするための、ベアリングワークピース回転テーブル加熱前ロードと加熱後アンロードステーション、
前記マスターインダクタアセンブリ及び前記パッシブインダクタアセンブリに前記ベアリングコンポーネント及び前記第２のベアリングコンポーネントをロードして誘導加熱し、及び誘導加熱後、前記マスターインダクタアセンブリ及び前記パッシブインダクタアセンブリから前記ベアリングコンポーネント及び前記第２のベアリングコンポーネントをアンロードするための、前記ベアリングワークピース加熱ステーション、
誘導加熱後、前記ベアリングコンポーネント及び前記第２のベアリングコンポーネントを焼入れするためのベアリングワークピース焼入れステーション、及び
前記ベアリングコンポーネント及び前記第２のベアリングコンポーネントを、前記ベアリングワークピース回転テーブル加熱前ロードと加熱後アンロードステーション、前記ベアリングワークピース加熱ステーション、前記ベアリングワークピース焼入れステーション及び前記ベアリングワークピース回転テーブル加熱前ロードと加熱後アンロードステーションから移動するためのロータリーアクチュエータ
を含む、請求項８に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項10】

ベアリングコンポーネント上の複数のベアリング特徴部分を同時に加熱するためのスプリットインダクタアセンブリを含む、スプリットマルチコイル電気誘導加熱システムであって、前記スプリットインダクタアセンブリは、前記ベアリングコンポーネントの加熱位置から分離可能なマスターインダクタアセンブリ及びパッシブインダクタアセンブリを含み、前記スプリットマルチコイル電気誘導加熱システムは、
前記マスターインダクタアセンブリに配置された、以下を含むマスターインダクタ回路：
第１ベアリング特徴部分を加熱するためのマスター加熱インダクタであって、垂直方向のマンドレルの中心長手方向軸を有する垂直方向のマンドレルの外周の周りの第１のマンドレル端部に配置されたシングルターンのマスターソレノイドコイルを含む、マスター加熱インダクタ、
マスター磁束カプラー、
前記マスターインダクタ回路の電源端子、及び
前記マスターインダクタ回路の電源端子を前記マスター加熱インダクタに接続するマスターインダクタ回路導体ネットワークであって、前記マスター磁束カプラーが、前記マスターインダクタ回路導体ネットワークに近接して配置され、物理的に分離される、マスターインダクタ回路導体ネットワーク；及び
前記パッシブインダクタアセンブリに配置された、以下を含むパッシブインダクタ回路：
第２ベアリング特徴部分を加熱するためのパッシブ加熱インダクタであって、垂直方向の支持構造の中心長手方向軸を有する垂直方向の支持構造の外側支持構造の周囲の第１の支持構造の端部に配置されたシングルターンのパッシブソレノイドコイルを含む、パッシブ加熱インダクタ、
パッシブ磁束カプラー、及び
前記パッシブ加熱インダクタと閉直列電気回路を形成する、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク
を含み、
前記パッシブ磁束カプラーは、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離されており、前記パッシブ磁束カプラーは、前記マスター磁束カプラーに近接して配置され、物理的に分離されており、これにより、前記マスターインダクタ回路及び前記パッシブインダクタ回路が、前記第１ベアリング特徴部分及び第２ベアリング特徴部分を誘導加熱のためにベアリングコンポーネントの加熱位置にあり、前記マスターインダクタ回路の電源端子にマスター回路の交流電流が印加されるとき、前記マスターインダクタ回路の磁場が、前記マスター磁束カプラーと磁気的に結合されている前記パッシブ磁束カプラーを介して、前記パッシブインダクタ回路と結合し、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに、パッシブ回路の交流電流を生成する、スプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項11】

前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分又は前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分は、前記ベアリングコンポーネントの内部ベアリング特徴部分を誘導加熱するために、前記マスター加熱インダクタ及び前記パッシブ加熱インダクタの外部の周りに少なくとも部分的に配置される、請求項１０に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項12】

更に、前記垂直方向のマンドレル上の前記シングルターンのマスターソレノイドコイルの上又は下に配置された、少なくとも１つのマスターインダクタ磁束コンセントレータを含む、請求項１０に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項13】

更に、前記垂直方向の支持構造上の前記シングルターンのパッシブソレノイドコイルの上又は下に配置された、少なくとも１つのパッシブインダクタ磁束コンセントレータを含む、請求項１１に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項14】

前記垂直方向のマンドレルは、前記垂直方向のマンドレルの内部プレナムから前記第１ベアリング特徴部分及び前記第２ベアリング特徴部分に焼入れ剤を供給するための複数の焼入れ剤開口部を有する、請求項１０に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【請求項15】

更に、以下のいずれかに構成された、スプリットインダクタアセンブリ位置決め装置を含む、請求項１０に記載のスプリットマルチコイル電気誘導加熱システム：
（ａ）前記第１ベアリング特徴部分を前記マスター加熱インダクタを使用した誘導加熱のために配置し、前記第２ベアリング特徴部分を前記パッシブ加熱インダクタを使用した誘導加熱のために配置して、前記第１ベアリング特徴部分及び前記第２ベアリング特徴部分を同時に加熱するとき、前記マスターインダクタアセンブリの前記マスター加熱インダクタを、前記パッシブインダクタアセンブリの前記パッシブ加熱インダクタと長手方向に位置合わせし、前記パッシブ磁束カプラーを、前記マスター磁束カプラーに近接して、物理的に分離するように配置すること；
（ｂ）前記ベアリングコンポーネントを前記ベアリングコンポーネントの加熱位置に配置して、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を誘導加熱するために、又は、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を誘導加熱した後、前記ベアリングコンポーネントを取り外すために、前記スプリットインダクタアセンブリのマスター加熱インダクタを前記スプリットインダクタアセンブリの前記パッシブ加熱インダクタから長手方向に分離すること。

【請求項16】

ベアリングコンポーネントの複数のベアリング特徴部分を同時に熱処理する方法であって、
マスターインダクタアセンブリ及びパッシブインダクタアセンブリから、スプリットインダクタアセンブリを組み立てること、
ここで、前記マスターインダクタアセンブリにはマスターインダクタ回路が配置され、前記マスターインダクタ回路は、
前記ベアリングコンポーネントの少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分を加熱するためのマスター加熱インダクタ、
マスター磁束カプラー、
前記マスターインダクタ回路の電源端子、及び
前記マスターインダクタ回路の電源端子を前記マスター加熱インダクタに接続するマスターインダクタ回路導体ネットワークであって、前記マスターインダクタ回路導体ネットワークに対して、前記マスター磁束カプラーが近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離される、マスターインダクタ回路導体ネットワーク
を含み、
前記パッシブインダクタアセンブリには、パッシブインダクタ回路が配置され、前記パッシブインダクタ回路は、
前記ベアリングコンポーネントの少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を加熱するためのパッシブ加熱インダクタ、
パッシブ磁束カプラー、及び
前記パッシブ加熱インダクタと閉直列電気回路を形成する、パッシブインダクタ回路導体ネットワークであって、前記パッシブ磁束カプラーは、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離されており、前記パッシブ磁束カプラーは、前記マスター磁束カプラーに近接して配置され、物理的に分離されている、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク
を含み；
前記マスター加熱インダクタを使用した前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分の誘導加熱、及び前記パッシブ加熱インダクタを使用した前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分の誘導加熱のため、前記マスター加熱インダクタ及び前記パッシブ加熱インダクタ内に配置された前記ベアリングコンポーネントの長手方向内軸を使用して前記ベアリングコンポーネントを配置すること；
前記マスターインダクタ回路の電源端子にマスター交流電流を印加して、これにより、前記マスターインダクタ回路及び前記パッシブインダクタ回路が組み立てられた位置にあるとき、マスターインダクタ回路の磁界が、前記パッシブ磁束カプラーを介してパッシブインダクタ回路と結合し、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークにパッシブ回路の交流電流を生成し、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分を誘導加熱すること
を含む、方法。

【請求項17】

更に、前記ベアリングコンポーネントの外側の長手方向の表面を、前記マスター加熱インダクタ又は前記パッシブ加熱インダクタ内に少なくとも部分的に配置し、前記ベアリングコンポーネントの外部ベアリング特徴部分を加熱することを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

更に、前記ベアリングコンポーネントの内部の長手方向の表面を、前記マスター加熱インダクタ又は前記パッシブ加熱インダクタ内に少なくとも部分的に配置し、前記ベアリングコンポーネントの内部ベアリング特徴部分を加熱することを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

更に、前記ベアリングコンポーネントの誘導加熱後、ベアリングコンポーネントを組み立て位置から取り外すため、前記マスターインダクタアセンブリ及び前記パッシブインダクタアセンブリを前記ベアリングコンポーネントの対向する長手方向端部方向に分離すること、及び、組み立て位置での位置決めのため、ベアリングコンポーネントの対向する長手方向端部方向でマスターインダクタアセンブリとパッシブインダクタアセンブリを結合することを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

更に、前記ベアリングコンポーネントが前記スプリットインダクタアセンブリの組み立て位置に配置されている時、遠隔焼入れステーションで、又は、前記スプリットインダクタアセンブリの組み立て位置からの移動と前記遠隔焼入れステーションの組み合わせのいずれか又は組み合わせにおいて、前記少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び前記少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分のオーステナイト化された領域を焼入れすることを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項21】

ベアリングコンポーネント上のベアリング特徴部分を同時に加熱するためのスプリットインダクタアセンブリを有し、前記スプリットインダクタアセンブリがベアリングコンポーネントの加熱位置から分離可能なマスターインダクタアセンブリ及びパッシブインダクタアセンブリを備えるスプリットマルチコイル電気誘導加熱システムであって、
前記マスターインダクタアセンブリに配置された、以下を含むマスターインダクタ回路：
前記ベアリング特徴部分を部分的に加熱するためのマスター加熱インダクタ、
マスター磁束カプラー、
前記マスターインダクタ回路の電源端子、及び
前記マスターインダクタ回路の電源端子を前記マスター加熱インダクタに接続するマスターインダクタ回路導体ネットワークであって、前記マスター磁束カプラーは、前記マスターインダクタ回路導体ネットワークに近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離されたマスターインダクタ回路導体ネットワーク；及び
前記パッシブインダクタアセンブリに配置された、以下を含むパッシブインダクタ回路：
前記ベアリング特徴部分を部分的に加熱するためのパッシブ加熱インダクタ、
パッシブ磁束カプラー、及び
前記パッシブ加熱インダクタと閉直列電気回路を形成する、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク
を含み、
前記パッシブ磁束カプラーは、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに近接して配置され、物理的に分離されており、前記パッシブ磁束カプラーは、前記マスター磁束カプラーに近接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料ギャップによって物理的に分離されており、これにより、前記マスターインダクタ回路及び前記パッシブインダクタ回路が、前記ベアリング特徴部分を誘導加熱のために前記ベアリングコンポーネントの加熱位置にあり、前記マスターインダクタ回路の電源端子にマスター回路の交流電流が印加されるとき、前記マスターインダクタ回路の磁場が、前記マスター磁束カプラーと磁気的に結合されている前記パッシブ磁束カプラーを介して、前記パッシブインダクタ回路と結合し、前記パッシブインダクタ回路導体ネットワークに、パッシブ回路の交流電流を生成する、スプリットマルチコイル電気誘導加熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、２０２０年２月５日に出願された米国仮出願第６２／９７０，２３７号明細書の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、全般的に、ベアリングレース及びレースウェイなどのベアリング特徴部分を備えたベアリングコンポーネントの電気誘導加熱処理に関し、特に、ベアリングレース及びレースウェイの選択された特徴部分が冶金学的硬化を必要とするような熱処理に関する。

【背景技術】

【0003】

本発明は、例えば、パワートレイン、駆動列、及びホイールのコンポーネントで使用される、内側又は外側のベアリングレース、ならびにレースウェイ又は他のベアリング特徴部分の電気誘導加熱処理に関する。ベアリングは、コンポーネントが相互に移動できるようにする重要な機械要素である。特定の用途に応じて、ベアリングレースの設計にはさまざまなバリエーションがあり、多くの設計が標準化されている。これには、ラジアルボールベアリングとローラーベアリング、スラストボールベアリングとローラーベアリングが含まれるが、これらに限定されない。単列及び複数列のベアリング、ならびに単方向及び双方向のベアリング設計もある。設計の詳細にかかわらず、ベアリングの寿命全体にわたって耐摩耗性と強度を保証し、そして他の機械的特性を保証するために、ベアリング接触の作業面を処理する必要がある。電気誘導硬化は、このような熱処理の最も一般的な方法の１つである。

【0004】

図１（ａ）は、自動車産業で一般的に使用されるベアリングコンポーネント１００の構成された内側ベアリングレースの１つのタイプを断面斜視図で示している。鍛造ベアリングレースの大部分の製造には、さまざまな鋼種が使用されている。頻度の低い用途では、粉末冶金材料と鋳鉄も使用される。ベアリングレースは、３Ｄプリントプロセスなどの積層造形技術によっても製造できる。

【0005】

図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、ベアリングコンポーネント１００の構成された内部ベアリングレースの誘導表面硬度パターンの２つの代替例を平面立面断面図で示している。図１（ｂ）は、２つの円周方向の冶金学的に硬化されたゾーン１０１及び１０２（黒一色又はクロスハッチングで陰影が付けられた領域）を含む、中断されたベアリングレース硬度パターンを示す。これらは、図１（ａ）及び図１（ｂ）にも示すように、硬化していない円周領域１０３によって垂直に分離されている。硬化ゾーン１０１及び１０２は、転動体（例えば、ボール又はローラー）がそれぞれ内側ベアリングレース１０１ａ及び１０２ａに接触する、ベアリング特徴部分又は領域である。特定の用途に応じて、ゾーン１０１及び１０２の形状は同一であっても異なっていてもよい。図１（ｂ）に示される硬度パターンは、領域を硬化させることなく必要とされるベアリング接触面（接触摩耗が発生しない領域１０３など）の必要な機械的特性を提供するため、最も一般的なパターンである。ベアリングの特徴部分又は領域１０１及び１０２のみを硬化させることは、熱処理後に必要な工学的特性及び最小化された歪み特性を提供するのに役立つだけでなく、熱処理に必要な電気エネルギーの量を減らす。

【0006】

図１（ｃ）は、いくつかの特定の用途で使用される代替タイプの硬度パターン１０４（黒一色又は断面で陰影が付けられた領域）を示している。このタイプの硬さパターンでは、内部ベアリング接触面（ベアリング特徴部分又は領域１０１ａ及び１０２ａ）が高周波焼入れされることに加えて、内側ベアリング接触面を分離する領域１０３も高周波焼入れされる。パターン１０４は通常、少なくとも２つの望ましくないワークピース及びプロセス要因に関連している：３つの領域すべて、つまり領域１０１、１０２、及び１０３を硬化するために必要とされる、過度の歪み特性とかなり増加した電気エネルギーである。これらは、図１（ｃ）に示される硬度パターンとは対照的に、図１（ｂ）に示される硬度パターンが最も人気のあるパターンである理由のいくつかである。

【0007】

ベアリングレースを誘導加熱処理するために、いくつかのプロセスでは、誘導加熱コイルが加熱位置に移動する（方法Ａ）。しかし、他のプロセスでは、誘導加熱コイルは静的であり、ベアリングレース（すなわち、ベアリングコンポーネント（ワークピース）の熱処理されるベアリング特徴部分又は領域）が加熱位置に移動される（方法Ｂ）。本明細書に開示される本発明は、方法Ａ又は方法Ｂのいずれか、又は誘導加熱コイル及びベアリングレースが互いに対して移動する方法Ａ及びＢの組み合わせのいずれかの熱処理装置及びプロセスで利用することができる。

【0008】

従来のシングルターン又はマルチターンソレノイド型のコイル（例えば、先行技術の従来の２ターンコイル）は、ベアリングレースの表面を熱処理するために一般的に使用される。誘導コイルは、レースの外面を熱処理するために、ベアリングレースの外側（ベアリングレースを取り囲む構成）に配置される。誘導コイルは、ベアリングレースの内側に配置され、ベアリングの内側（内部）の表面を熱処理する。便宜のため、本発明は、ベアリングレース及びレースウェイなどの内部ベアリング特徴部分の高周波焼入れ（熱処理）について本明細書に一般的に記載されているが、ベアリングコンポーネントの外部ベアリング特徴部分又は表面の熱処理にも適用できる。例えば、図１（ｄ）及び図１（ｅ）は、外面（外部）１００’ａを硬化させる必要がある、典型的に構成されたベアリングレースコンポーネント１００’の代表的な斜視図を示している。図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）及び図１（ｉ）は、高周波焼入れを必要としない内面領域４０１と、高周波焼入れが必要な外面（外部）４０２を含むベアリング特徴部分又は領域を含む、ベアリングコンポーネント４００の構成された外側ベアリングレースの平面断面を示す。特定の用途に応じて、図１（ｈ）に示される（クロスハッチング領域４０５内の）外面（外部）４０２の全領域は、誘導表面硬化を必要とし得る。あるいは、選択的ベアリング特徴部分又は領域（クロスハッチングで網掛けされた各選択的領域）、例えば、図１（ｆ）に示される選択的領域４０３、図１（ｇ）に示される選択領域４０４又は図１（ｈ）に示される前述の選択領域４０５、及び図１（ｉ）の選択領域４０６は、誘導表面硬化を必要とし得る。図１（ｉ）に示される硬度パターンは、中断された硬度パターンの例を表す。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

内部円筒形誘導コイルの有効性は、ベアリングの外面（又は外径）を加熱するために使用される同様のコイルと比較して、コイルとワークピース（硬化するベアリング特徴部分）の磁的フィールド結合ギャップに大きく依存する。内部コイルの電気効率は、界磁結合ギャップの増加とともに急速に低下する。したがって、加熱の電気効率を高め、エネルギー消費を最小限に抑えるために、コイルとワークピースのフィールド結合ギャップをできるだけ小さく保つことが不可欠である。

【0010】

内面（内部）を加熱するソレノイド型のインダクタが、ベアリングの外面（外部）を加熱するために使用される同様のインダクタ（コイル又は誘導コイルとも呼ばれる）ほど効率的でない理由は、電磁リング効果に関連している。電磁リング効果によって、コイル電流は、例えば、Handbook of Induction Heating (second edition; CRC Press; Boca Raton, FL, United States)の３．１．５節に更に説明されるように、低インピーダンス経路を表すソレノイド型のコイルの内径に集中する。内径（内部）の表面を加熱する場合、コイルの内径は、加熱された内径の表面から最も遠い領域になる。その結果、コイルと加熱されたワークピース（すなわち、加熱されるベアリング特徴部分）の間の電磁結合は、ワークピースの内径（内部）と誘導コイルの外径の間の実際のエアギャップよりも大きくなる。これにより、コイルとワークピースのフィールド結合が不十分になり（空間的近接性とも呼ばれる）、コイル効率が著しく低下する。

【0011】

内部インダクタの内部に磁束コンセントレータを設置することは、コイルの電気効率を高め、コイル電流を減らすために、特に小から中程度の直径の内面を加熱するためにしばしば要求される。磁束コンセントレータは、電磁リング効果よりもコイル電流分布に実質的に強い影響を与える電磁スロット効果を作成し、コイル電流をコイル外側領域に向かってシフトさせて、加熱されたワークピースの表面に近づける。これにより、加熱が必要な（ベアリングコンポーネント）ワークピースの内面での磁場強度と熱強度が増加する。

【0012】

誘導加熱処理後の歪みを最小限に抑え、ベアリングレースの長持ちする耐用年数のための熱処理特性を達成するために、熱処理プロセスが十分な最小硬度層深度を達成しながら、以下を避けることが重要である：（１）過度に深い局所的な硬度層深度をもたらすこと；（２）オーステナイト化中の温度が高すぎること；及び（３）各ベアリング接触面内の不均衡に異なる硬度層深度（例えば、図１（ｂ）の構成された内側ベアリングレースのゾーン１０１ａ及び１０２ａ）。これらの熱処理特性は、ベアリング接触面領域１０１ａ及び１０２ａのそれぞれ内で可能な限り均一に近い硬度パターンを得ることがしばしば非常に望ましい理由のいくつかである。

【0013】

いくつかの要因により、ベアリングの特徴部分又は領域１０１ａ及び１０２ａにおいて十分に均一な硬度パターンを得ることが困難になっている。第１の要因は、（ベアリングコンポーネント）ワークピースの形状（例えば、図１（ａ）～図１（ｃ））の複雑さに関連している。電磁エッジ効果により磁場を引き付ける傾向があるコーナー領域は、より深い硬度層深度を生成する場合がある。それに加えて、表面領域１０１ａ及び１０２ａを含むベアリング特徴部分の近くに、ワークピース（すなわち、ベアリングコンポーネント）を形成するかなり異なる質量の金属が存在する。これは、隣接する領域（軸方向及び半径方向）のかなり異なる「コールドシンク」効果を生成し、対応して、誘導表面硬化内側ベアリングレース（領域１０１ａ及び１０２ａ）中に温度偏差をもたらす。

【0014】

第２の要因は、硬度パターンのような輪郭を得るために従来のシングルターン又はマルチターンソレノイド型のコイル（例えば、先行技術の従来の２ターンコイル）を使用することの難しさに関連している。ソレノイドスタイルの硬化コイルをベアリングレースの内側の加熱位置に配置して、ベアリング特徴部分又は領域１０１及び１０２においてその内側面を硬化させるために（例えば、図１（ｂ）に示される）、ロード（加熱位置へ）及びアンロード（ソレノイド式高周波焼入れコイルのベアリングレースの加熱位置から）中に最小直径領域（図１（ｂ）の領域１０３）を通過するのに十分なクリアランスが必要である。これにより、電流が流れるコイル領域と内側ベアリングレースの領域との間に可変の電磁結合（空間的近接性）が生じ、不均一な硬度パターンを生成する。

【0015】

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、内側ベアリングレースの断面図を用いた可変電磁結合の現象の例を示している。これらの図に示されている例では、円形断面（及びコイルターン３０１と３０２）と中空の内部水冷通路を備えた銅管が誘導コイルの製造に使用されている。他の実施形態では、誘導コイルは、代替的に以下により形成することができる：（１）固体銅ブロックを機械加工するコンピューター数値制御（ＣＮＣ）；（２）適切な銅部品を一緒にろう付けすること；又は（３）内側ベアリングレース領域１１５ａ及び１０６ａ（図２（ａ））及び内側ベアリングレース領域１２５ａ及び１２６ａ（図２（ｂ））の形状に対応するためのコイルターンのプロファイルされた加熱面を形成するダイ。従来の磁束コンセントレータ２０３及び２０４を使用して、図２（ａ）の内側ベアリングレース（領域１１５及び１０６）を加熱するための銅管から形成された２ターンコイルの各コイルターン３０１及び３０２によって、加熱効率を改善し、生成された磁場を集中させ、及び代替形状の図２（ｂ）の内側ベアリングレース（領域１２５及び１２６）を加熱することができる。磁束コンセントレータは通常、標準のラミネーションパック、純粋なフェライト、あるいはプレス及び／又は焼結磁性粒子を含む従来の鉄ベース又はフェライトベースの粉末材料から製造される。

【0016】

図２（ａ）に示されるように、従来技術のソレノイドスタイルの２ターンインダクタ銅管のコイルターン３０１及び３０２は、ベアリングコンポーネント１００ｙ上の構成された内側ベアリングレースの表面（領域１１５ａ及び１０６ａ）を含む対応するベアリング特徴部分を加熱するようにそれぞれ配置される。構成された内側ベアリングレースコンポーネント１００ｙの長手方向対称軸５０は、銅管のソレノイド型２ターンコイルの長手方向対称軸と一致する。図２（ａ）の例では、クロスハッチング硬化領域１０６とチュービング３０２との間の上部半径方向クリアランス１０７は、円周方向に同じである（すなわち、図２（ａ）に示す平面断面図の左右の断面側面の半径方向クリアランス１０７を比較する場合）。十分な半径方向のクリアランス１０７は、加熱位置の内外へのワークピース（構成された内側ベアリングレース）の安全な移動を可能にし、ここで、ワークピースは、２ターンコイルが加熱位置に上げられている（及び／又は内側ベアリングレースが下げられている）間、図２（ａ）又は図２（ｂ）の加熱位置に示されている。

【0017】

ベアリングレースは、ラジアル円周方向の加熱温度分布を均一にするために、加熱及び焼入れサイクル中に、適切な先行技術の回転装置（未図示）を用いてその長手方向対称軸を中心に回転（すなわち回旋）することができる。誘導加熱によるオーステナイト化段階の完了時に、例えば当技術分野で知られているスプレー焼入れ装置を用いて、その場で（加熱位置で）焼入れを実行して、オーステナイト化領域を焼入れし、必要なマルテンサイト構造を形成することができる。他のプロセスでは、焼入れは、別の焼入れ位置で（例えば、加熱されたワークピース（ベアリングコンポーネント）が加熱位置の上下の位置に移動された状態で）、場外（すなわち、加熱位置の外）で行うことができる。焼入れプロセスステップは、当技術分野で知られている焼入れ装置を使用して達成することができる。

【0018】

図２（ａ）から分かるように、コイルの通電面と下部内側ベアリングレース表面のさまざまな領域との間の空間的近接性（電磁結合）の違いにより、電磁近接性効果の適用が異なり、かなりの不均一な加熱分布が生じる。焼入れすると、これにより、領域１１５及び１２５に対応する不均一な硬化パターンが生成される。一部の用途では、不均一な硬化パターンが、硬度層深度が徐々に減少することで現れる。他の用途では、領域の硬度パターンが徐々に変化する代わりに、より深い又はより浅い硬度層深度の組み合わせを示す波状の硬度パターン領域がある。例えば、領域１１５及び１２５は、図２（ａ）（及び図２（ｃ）の拡大部分図）の局所領域１１５ｘ及び１１５ｙ、並びに図２（ｂ）（及び図２（ｄ）の拡大部分図）の局所領域１２５ｘ及び１２５ｙでより深い硬度層深度を示す。逆に、領域１１５及び１２５は、図２（ａ）（及び図２（ｃ）の拡大部分図）の局所領域１１５ｚ、及び図２（ｂ）（及び図２（ｄ）の拡大部分図）の局所領域１２５ｚにおいて、より浅い硬度層深度を示す。十分な熱源を生成することが困難な内側ベアリングレースの領域で必要最小限の硬度層深度を保証する試みは、必然的に、隣接する局所ベアリングレース領域を大幅に過熱する必要性と関連し得る。これは、硬化したままの領域の冶金学的特性とベアリングレースの工学的特性に悪影響を及ぼす。したがって、過熱は避ける必要がある。しかしながら、従来の設計の電気コイルは、必然的に、不均一な硬度パターンの形成及び過度の局所的な発熱と関連し得る。

【0019】

図３（ａ）～図３（ｃ）及び図４は、内側ベアリングレースを誘導加熱処理するために使用することができる誘導コイルの代替の先行技術の構成の概略図である。図３（ａ）は、従来技術の従来のソレノイド型インダクタ（図２（ａ）及び図２（ｂ）に示され、前述の配置と同様）の（加熱位置への）ロード及びアンロード（加熱位置からの）配置のワークピース（構成された内側ベアリングレース）の概略上面図を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、破線の円は、内側ベアリングレース１１ａの内側円周方向境界を図式的に表し、実線の円は、図３（ｃ）の断面図に示されるように、内側ベアリングレースの内側円周方向境界に面するコイル２２の通電面を表す。

【0020】

加熱位置へのワークピースのロード動作中、構成された内側ベアリングレース１１ａの回転長手方向対称軸１１ａ’は、ソレノイド型誘導コイル２２の長手方向対称軸２２ａと一致し、構成された内側ベアリングレース１１ａと誘導コイル２２との間に円周方向に均一なギャップ２３（図３（ａ））を形成する。熱処理プロセスの加熱プロセスステップを開始する前に、ワークピース又は誘導コイル、あるいはワークピースと誘導コイルの両方が半径方向（長手方向対称軸の内側ベアリングレースと誘導コイルに垂直）に移動し、その結果、図３（ｂ）に示すように、内側ベアリングレースと誘導コイルの間のギャップ２４が右側に小さくなり、反対側の左側にギャップ２５が大きくなる。この移動の結果として、内側ベアリングレースとコイルとの間の改善された電磁結合は、均一なギャップ２３を有するのと比較して、より小さなギャップ２４で提供され、集中加熱は、このより小さなギャップの周りのベアリングレース領域で起こる。そうでなければ、電磁的近接性が低いため、これらのベアリングレース領域での発熱が不足する。しかしながら、この移動の際に、反対側は拡大されたギャップ２５を示すであろう。したがって、この方法では、ギャップ２４はギャップ２５よりも小さく、これは、ベアリングレースの反対側の水平領域のより大きなギャップ２５で不十分な電磁結合を生成することを代償として、図３（ｃ）に示されるようにベアリングレース領域内でより均一な硬化パターンを生成するのに役立つ。構成された内側ベアリングレースは、従来の回転装置を用いた熱処理プロセスの加熱プロセスステップ中に回転され（すなわち、回転装置で回旋され）、円周方向の温度分布領域１１ａａ及び１１ｂｂを均一にする。熱処理プロセスのオーステナイト化ステップが完了すると、焼入れ（従来の焼入れ装置を使用）を適所に（すなわち、加熱位置で）適用して、オーステナイト化領域を焼入れし、必要なマルテンサイト構造を形成することができる。他の熱処理プロセスでは、焼入れは場所を変えて（すなわち、加熱されたワークピースを加熱位置から移動させて）、専用の焼入れ場所で行うことができる。例えば、加熱位置の下に配置され、加熱されたワークピースをタンク内に降ろすことのできる焼入れタンク、又は、加熱されたワークピースを移動できる加熱位置のすぐ近くに配置されたスプレー焼入れ装置、例えば、適切な電気機械式移送装置である。

【0021】

残念なことに、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示される加熱方法及び装置には欠点がないわけではない。１つの欠点は、少なくともコンポーネントの垂直方向の動き（例えば、加熱位置へのワークピースのロード中及び加熱位置からのアンロード中）及び半径方向の動き（垂直方向の動きに垂直）を有する必要性に関連している。したがって、垂直移動及び半径方向移動のための補助電気機械式移送装置が必要であり、その結果、熱処理システムに追加のコスト及び複雑さが生じる。また、ギャップ２４が小さい一方の側での空間的近接性の改善（及び結果として生じる電磁結合の改善）は、ギャップ２５が大きい反対側の電磁結合の劣化と関連し、これは、熱処理プロセスの感度を悪化させ（硬度パターンの偏差が生じる可能性がある）、ワークピースの加熱の電気効率を低下させる。

【0022】

図４は、代替の従来技術の誘導コイル（インダクタ）の概略図である。図４では、円弧状のインダクタ４０（当技術分野ではヘアピンインダクタとしても知られている）が、クロスハッチングで示されている３つの相互接続されたセグメントに示されている。インダクタ４０は、加熱セグメント４１、戻り電流セグメント４３、及び相互接続セグメント４２を含む。磁束コンセントレータ４４（点描の陰影で示されている）は、加熱セグメント４１と戻り電流セグメント４３との間に配置されている。３つのインダクタセグメントはすべて電気的に直列に配置され、交流電源（図の交流電源）に接続されている。磁束コンセントレータ４４は、加熱セグメント４１と戻り電流セグメント４３との間の電磁デカップリングを提供し、内側ベアリングレースが加熱位置にあるとき、加熱セグメント４１を流れる電流の最大密度を、加熱する必要のある構成された内側ベアリングレース領域（未図示）に面する加熱セグメントの外面４１ａに向かってシフトする。図４に示されるヘアピンインダクタ４０の設計は、インダクタとワークピースの内側ベアリングレースとの間の電磁結合を改善し、いくつかの用途では、必要な硬度パターンを達成することを単純化する。ワークピース（すなわち、内側ベアリングレースのベアリング特徴部分を備えたベアリングコンポーネント）は、加熱プロセスステップと焼入れプロセスステップの間に回転し、内側ベアリングレースの円周方向の温度分布を均一にする。

【0023】

弧状インダクタ４０は、一定のプロセスの柔軟性を提供する。しかしながら、例えば、図３（ａ）から図３（ｃ）に示されている以前の設計の既知の欠点がないわけではない。これには、エネルギー効率が低いこと、及び、図１（ｂ）に示される構成された内側ベアリングレースコンポーネント１００の内側ベアリングレースの領域１０３などの複雑な形状を妨げることなく、加熱プロセスステップ中にコイルとベアリングレースの位置を十分に近づけるために、誘導加熱装置が２つの動き（垂直方向の動きと半径方向の動き）を提供できる必要があることが含まれる。更に、２つのコイルセグメント４１と４３の間磁束コンセントレータ４４（図４）が挿入（サンドイッチ）され、反対方向に流れる電流を運ぶことは、磁気的に飽和して過熱する傾向がある電気負荷として機能する可能性があり、誘導加熱システムの全体的な信頼性が低下する。

【0024】

従来技術を考慮して、本発明の１つの目的は、誘導加熱アプリケーションで冶金学的硬化のための加熱位置にあるとき、誘導加熱コイルとベアリングレースウェイ表面領域などのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分との間に、より近い電磁結合ギャップを提供し、従来技術よりも高いエネルギー効率と優れた硬度パターン制御が実現する電気誘導加熱システム及び方法を提供することである。

【0025】

本発明の別の目的は、熱処理プロセス中にベアリングレースに亀裂が入る可能性を低減した、冶金学的に健全な微細構造を生成するため、内側及び外側のベアリングレースを含むベアリングの特徴部分において、輪郭のような硬化パターンを有し、サイズと形状の歪みを最小限に抑え、オーステナイト化プロセスステップ中の最高温度とピーク温度を低減する電気誘導加熱システム及び方法を提供することである。

【0026】

本発明の別の目的は、複数のベアリング特徴部分及びベアリングコンポーネントの異なる形状が、複数のベアリング特徴部分及び／又は複数のベアリングコンポーネントの効率的な同時熱処理のための単一の誘導コイルに隣接する複数のベアリング特徴部分の配置に対応していない場合、ベアリングコンポーネント上の複数のベアリング特徴部分の同時熱処理を提供する電気誘導加熱システム及び方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0027】

一態様では、本発明は、交流電源に接続されたマスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路の組み合わせを備えた、ベアリングワークピースの１つ又は複数の選択されたベアリング特徴部分、例えば、内側又は外側ベアリングレースの１つ又は複数の領域を冶金学的に硬化させるための電気誘導加熱処理装置及び方法である。ここで、マスター回路とパッシブ回路の組み合わせは、物理的及び電気的接続なしに互いに電磁的に結合され、選択されたベアリング特徴部分が配置される、相補的なマスターインダクタコイルとパッシブインダクタコイルの少なくとも１つのペアを形成し、これにより、選択されたベアリング特徴部分は、この相補的なコイルペアによって生成された磁束場と結合して、選択されたベアリング特徴部分をオーステナイト化するために誘導的に加熱し、続いて焼入れにより、オーステナイト化された選択された特徴部分の冶金学的特性を変換する。

【0028】

別の態様では、本発明は、ベアリングワークピースの電気誘導加熱処理装置及び方法を含む。ここで、ベアリングワークピースは、冶金熱処理用の少なくとも２つのベアリング特徴部分（本発明のいくつかの実施形態では、熱処理されていないベアリング特徴部分によって互いに分離されている）を有する。本発明のいくつかの実施形態では、単一のベアリング特徴部分を備えたベアリングワークピースは、冶金学的に熱処理され、例えば、単一の連続ベアリング特徴部分を備えた図１（ｃ）のベアリングワークピースである。装置及び方法は、マスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路を含み、マスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路は互いに物理的に分離されており、それらの間に物理的な電気的接続はない。マスターインダクタ回路には、電源から少なくとも１つのマスター加熱インダクタ（ベアリングワークピースの焼入れ前の第１ベアリング特徴部分の誘導加熱用に構成される）及びマスター回路電磁カプラーを有するマスターインダクタ回路導体ネットワークへのマスター回路交流電流が供給される。パッシブインダクタ回路は、少なくとも１つのパッシブ加熱インダクタ（ベアリングワークピースの焼入れ前の第２ベアリング特徴部分の誘導加熱用に構成される）及びパッシブ回路電磁カプラーを有するパッシブインダクタ回路導体ネットワークを含む。マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路は、ワークピースの加熱位置に移動して互いに隣接する。マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路がワークピースの加熱位置にある本発明の１つのプロセス用途では、少なくとも１つのマスター加熱インダクタ及び少なくとも１つのパッシブ加熱インダクタは、それぞれ、マスター回路電磁カプラーとパッシブ回路電磁カプラーの間のマスター回路交流の磁束結合によって引き起こされる、マスター回路交流のマスター回路フローによる第１ベアリング特徴部分とパッシブ回路電流フローによる第２ベアリング特徴部分の同時誘導加熱のために構成される。

【0029】

少なくとも１つの第１ベアリング特徴部分及び少なくとも１つの第２ベアリング特徴部分の誘導加熱の完了に続いて、ベアリングワークピースは、特定の用途によって必要とされるように焼入れされる（例えば、少なくとも１つのマスター加熱インダクタ、少なくとも１つのパッシブ加熱インダクタ、少なくとも１つのマスター及びパッシブ加熱インダクタと統合された焼入れ装置を備えたワークピース加熱位置において、又は、ワークピースの加熱位置から離れた１つ又は複数の焼入れ装置の位置に配置された焼入れ装置において）。

【0030】

本発明の上記及び他の態様は、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載されている。

【0031】

以下に簡単に要約される添付の図面は、本発明の例示的な理解のために提供されており、本明細書及び添付の特許請求の範囲に更に記載されているように本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1(a)】図１（ａ）は、１つのタイプのベアリング特徴部分、すなわち、自動車のパワートレインやドライブトレインのヘビーデューティーベアリング、及びその他のヘビーデューティー用途で一般的に使用されている、ベアリングワークピース１００として説明されるベアリングコンポーネント内の構成された内部ベアリングレースの側面斜視断面図である。

【図1(b)】図１（ｂ）は、図１（ａ）のベアリングワークピース１００内に構成された内部ベアリングレースの立面断面図であり、長手方向（長手方向軸Ｌに沿って）において、円周方向に硬化されていない縦方向領域１０３によって分離された２つの円周方向に硬化された縦方向ゾーン（又は領域）１０１及び１０２を含む、中断された硬度パターンを示している。

【図1(c)】図１（ｃ）は、ベアリングワークピース１００内の構成された内側ベアリングレースの立面断面図であり、図１（ｂ）の長手方向に中断された硬度パターンの代替として、円周方向に中断されていない長手方向硬度１０４を示している。図１（ｃ）では、ベアリング特徴部分、すなわち構成された内側ベアリングレースゾーン１０１及び１０２（すなわち、ベアリングローラー接触面）は、内側ベアリングレースゾーン間の円周方向長手方向領域１０３とともに高周波焼入れされている。

【図1(d)】図１（ｄ）及び図１（ｅ）は、ベアリングワークピース１００’内に構成された外側ベアリングレースの斜視図である。

【図1(e)】図１（ｄ）及び図１（ｅ）は、ベアリングワークピース１００’内に構成された外側ベアリングレースの斜視図である。

【図1(f)】図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）及び図１（ｉ）は、ベアリングコンポーネント４００の構成された外側ベアリングレースの断面図であり、代替用途で必要となり得る代替電気誘導硬化プロセスで形成できる、４つの代替硬度パターン（ゾーン又は領域）４０３、４０４、４０５及び４０６を示している（ハッチングで示す）。

【図1(g)】図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）及び図１（ｉ）は、ベアリングコンポーネント４００の構成された外側ベアリングレースの断面図であり、代替用途で必要となり得る代替電気誘導硬化プロセスで形成できる、４つの代替硬度パターン（ゾーン又は領域）４０３、４０４、４０５及び４０６を示している（ハッチングで示す）。

【図1(h)】図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）及び図１（ｉ）は、ベアリングコンポーネント４００の構成された外側ベアリングレースの断面図であり、代替用途で必要となり得る代替電気誘導硬化プロセスで形成できる、４つの代替硬度パターン（ゾーン又は領域）４０３、４０４、４０５及び４０６を示している（ハッチングで示す）。

【図1(i)】図１（ｆ）、図１（ｇ）、図１（ｈ）及び図１（ｉ）は、ベアリングコンポーネント４００の構成された外側ベアリングレースの断面図であり、代替用途で必要となり得る代替電気誘導硬化プロセスで形成できる、４つの代替硬度パターン（ゾーン又は領域）４０３、４０４、４０５及び４０６を示している（ハッチングで示す）。

【図1(j)】図１（ｊ）は、自動車のパワートレイン及びドライブトレイン用のヘビーデューティーベアリング、及び他のヘビーデューティー用途で一般的に使用される、同一の形状と均一な（非常に望ましい）硬度パターン１０１”及び１０２”のベアリングレースゾーンを示す、ベアリングワークピース１００”の構成された内側ベアリングレースの側面斜視断面図である。

【図1(k)】図１（ｋ）は、図１（ｊ）に示される構成された内側ベアリングレースの断面立面図であり、非硬化ゾーン（又は領域）１０３”によって分離された２つの硬化ゾーン１０１”及び１０２”を含む、中断された硬度パターンを示す。

【図2(a)】図２（ａ）は、コイルターン３０１と３０２を備えたソレノイドスタイルの２ターン電気加熱インダクタ及び関連する磁束コンセントレータ２０３と２０４を含む従来の誘導加熱装置を使用した、加熱位置での様々な硬度パターン（クロスハッチングされたゾーン１０６及び１１５）を示す、構成された内側ベアリングレースの断面図である。図２（ａ）では、コイルターン３０１は加熱用の領域１０６を囲み、コイルターン３０２は加熱用の領域１１５を囲んでいる。各コイルターンは、適切に接続された電源からコイルに供給される交流電流と直列又は並列に一緒に接続することができ、瞬時電流はコイルターンで同じ方向又は逆方向に流れる。

【図2(b)】図２（ｂ）は、コイルターン３０１と３０２を備えたソレノイドスタイルの２ターン電気加熱インダクタ及び関連する磁束コンセントレータ２０３と２０４を含む従来の誘導加熱装置を使用した、構成された内側ベアリングレースの断面図であり、加熱位置にある図２（ａ）のものとは異なる内側ベアリングレースの形状及び硬度パターン（クロスハッチングされたゾーン１２５及び１２６を含む）を示している。各コイルターンは、適切に接続された電源から供給される交流電流と直列又は並列に一緒に接続することができ、交流電流はコイルターン内で同じ方向又は逆方向に流れる。

【図2(c)】図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される選択された硬度パターンの拡大図である。

【図2(d)】図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される選択された硬度パターンの拡大図である。

【図3(a)】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、インダクタとベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａとの間の均一及び不均一な円周方向クリアランス距離を概略的に示す、内側ベアリングレースを熱処理するための誘導加熱プロセスの概略図である（加熱されている内部レースの破線の円形境界によって概略的に表されている）。図３（ａ）は、インダクタと加熱される内側ベアリングレースとの間の均一な円周方向クリアランス距離２３で、インダクタ２２内にベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａをロードするプロセスステップ中の「ワークピースからコイルへの」相互位置決めの例を示す。図３（ｂ）は、不均一な円周方向電磁結合距離２４及び２５でインダクタ２２内のベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａを加熱するプロセスステップ中の「ワークピースからコイルへの」相互位置決めの例を示す。図３（ｃ）は、従来のワークピース回転装置（未図示）を用いた誘導加熱中に軸５０の周りで十分に速いワークピース回転（すなわち回旋）を仮定して、結果として生じる円周方向に均一な硬度パターン１１ａａ及び１１ｂｂを示す。

【図3(b)】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、インダクタとベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａとの間の均一及び不均一な円周方向クリアランス距離を概略的に示す、内側ベアリングレースを熱処理するための誘導加熱プロセスの概略図である（加熱されている内部レースの破線の円形境界によって概略的に表されている）。図３（ａ）は、インダクタと加熱される内側ベアリングレースとの間の均一な円周方向クリアランス距離２３で、インダクタ２２内にベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａをロードするプロセスステップ中の「ワークピースからコイルへの」相互位置決めの例を示す。図３（ｂ）は、不均一な円周方向電磁結合距離２４及び２５でインダクタ２２内のベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａを加熱するプロセスステップ中の「ワークピースからコイルへの」相互位置決めの例を示す。図３（ｃ）は、従来のワークピース回転装置（未図示）を用いた誘導加熱中に軸５０の周りで十分に速いワークピース回転（すなわち回旋）を仮定して、結果として生じる円周方向に均一な硬度パターン１１ａａ及び１１ｂｂを示す。

【図3(c)】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、インダクタとベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａとの間の均一及び不均一な円周方向クリアランス距離を概略的に示す、内側ベアリングレースを熱処理するための誘導加熱プロセスの概略図である（加熱されている内部レースの破線の円形境界によって概略的に表されている）。図３（ａ）は、インダクタと加熱される内側ベアリングレースとの間の均一な円周方向クリアランス距離２３で、インダクタ２２内にベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａをロードするプロセスステップ中の「ワークピースからコイルへの」相互位置決めの例を示す。図３（ｂ）は、不均一な円周方向電磁結合距離２４及び２５でインダクタ２２内のベアリングワークピースの内側ベアリングレース１１ａを加熱するプロセスステップ中の「ワークピースからコイルへの」相互位置決めの例を示す。図３（ｃ）は、従来のワークピース回転装置（未図示）を用いた誘導加熱中に軸５０の周りで十分に速いワークピース回転（すなわち回旋）を仮定して、結果として生じる円周方向に均一な硬度パターン１１ａａ及び１１ｂｂを示す。

【図4】図４は、構成された内側ベアリングレースを熱処理するために使用することができる従来技術の弧状インダクタ４０（ヘアピンインダクタとしても知られている）の概略図である。

【図5(a)】図５（ａ）～図５（ｄ）は、マスターインダクタ回路（図５（ａ））及びパッシブインダクタ回路（図５（ｂ））を示す本発明の電気誘導加熱システムの一実施形態を概略的に示す。図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、ワークピース（ベアリングコンポーネント）の加熱位置にあるマスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路の代替的な斜視図である。わかりやすくするために、内側ベアリングレース（ベアリングの特徴部分）と焼入れ装置は示していない。矢印は、加熱システムの相対的な瞬時電流の方向を示す。図５（ｃ）は、この配置が、マスターインダクタ２１０内の瞬時電流の流れとは反対の方向に向けられたパッシブインダクタ２２０内の瞬時電流の流れの方向を生成することを示している。電流のこの向きは、通常、図１（ｂ）に示される中断された硬度パターンを得るために好ましい。

【図5(b)】図５（ａ）～図５（ｄ）は、マスターインダクタ回路（図５（ａ））及びパッシブインダクタ回路（図５（ｂ））を示す本発明の電気誘導加熱システムの一実施形態を概略的に示す。図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、ワークピース（ベアリングコンポーネント）の加熱位置にあるマスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路の代替的な斜視図である。わかりやすくするために、内側ベアリングレース（ベアリングの特徴部分）と焼入れ装置は示していない。矢印は、加熱システムの相対的な瞬時電流の方向を示す。図５（ｃ）は、この配置が、マスターインダクタ２１０内の瞬時電流の流れとは反対の方向に向けられたパッシブインダクタ２２０内の瞬時電流の流れの方向を生成することを示している。電流のこの向きは、通常、図１（ｂ）に示される中断された硬度パターンを得るために好ましい。

【図5(c)】図５（ａ）～図５（ｄ）は、マスターインダクタ回路（図５（ａ））及びパッシブインダクタ回路（図５（ｂ））を示す本発明の電気誘導加熱システムの一実施形態を概略的に示す。図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、ワークピース（ベアリングコンポーネント）の加熱位置にあるマスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路の代替的な斜視図である。わかりやすくするために、内側ベアリングレース（ベアリングの特徴部分）と焼入れ装置は示していない。矢印は、加熱システムの相対的な瞬時電流の方向を示す。図５（ｃ）は、この配置が、マスターインダクタ２１０内の瞬時電流の流れとは反対の方向に向けられたパッシブインダクタ２２０内の瞬時電流の流れの方向を生成することを示している。電流のこの向きは、通常、図１（ｂ）に示される中断された硬度パターンを得るために好ましい。

【図5(d)】図５（ａ）～図５（ｄ）は、マスターインダクタ回路（図５（ａ））及びパッシブインダクタ回路（図５（ｂ））を示す本発明の電気誘導加熱システムの一実施形態を概略的に示す。図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、ワークピース（ベアリングコンポーネント）の加熱位置にあるマスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路の代替的な斜視図である。わかりやすくするために、内側ベアリングレース（ベアリングの特徴部分）と焼入れ装置は示していない。矢印は、加熱システムの相対的な瞬時電流の方向を示す。図５（ｃ）は、この配置が、マスターインダクタ２１０内の瞬時電流の流れとは反対の方向に向けられたパッシブインダクタ２２０内の瞬時電流の流れの方向を生成することを示している。電流のこの向きは、通常、図１（ｂ）に示される中断された硬度パターンを得るために好ましい。

【図5(e)】図５（ｅ）は、図５（ａ）に示されるマスターインダクタ回路と共に利用されて、パッシブインダクタ２２０’に瞬時電流の方向（マスターインダクタ回路のアクティブコイル２１０（図５（ｃ））を流れる瞬時電流と同じ方向）を生成することができる代替的なパッシブインダクタ回路の概略図である。電流のこの向きは、通常、図１（ｃ）に示される途切れのない硬度パターンを得るために望ましい。

【図5(f)】図５（ｆ）及び図５（ｇ）は、本発明の一実施形態において、図５（ａ）のマスターインダクタ回路が図５（ｂ）のパッシブインダクタ回路と組み合わされたときにパッシブインダクタコイルで達成される代替の瞬時交流電流方向を示す（本発明の別の実施形態において、図５（ａ）のマスターインダクタ回路が図５（ｅ）のパッシブインダクタ回路と組み合わされる場合と比較される）。

【図5(g)】図５（ｆ）及び図５（ｇ）は、本発明の一実施形態において、図５（ａ）のマスターインダクタ回路が図５（ｂ）のパッシブインダクタ回路と組み合わされたときにパッシブインダクタコイルで達成される代替の瞬時交流電流方向を示す（本発明の別の実施形態において、図５（ａ）のマスターインダクタ回路が図５（ｅ）のパッシブインダクタ回路と組み合わされる場合と比較される）。

【図6(a)】図６（ａ）は、マスターインダクタ回路がパッシブインダクタ回路から分離されている場合（例えば、熱処理されるベアリングワークピースが、それぞれマスター及びパッシブインダクタ回路内のマスター及びパッシブ回路インダクタの相補的なペア内の加熱位置にロードされているか、又は加熱位置からアンロードされている場合）の、マスターインダクタ回路のマスター電磁結合領域２３０及びパッシブインダクタ回路のパッシブ電磁結合領域２４０を示している。マスター電磁結合領域及びパッシブ電磁結合領域は、あるいは、それぞれ、マスター磁束カプラー及びパッシブ磁束カプラーと呼ばれる。

【図6(b)】図６（ｂ）は、マスターインダクタ回路がワークピースの加熱位置にもたらされたときの、マスターインダクタ回路のマスター電磁結合領域２３０及びパッシブインダクタ回路のパッシブ電磁結合領域２４０を示している。ここで、アクティブ及びパッシブの電磁結合領域は、ギャップ２０５によって分離されて、アクティブインダクタ回路をパッシブインダクタ回路から電気的に分離し、一方、マスターインダクタ回路に交流が供給されると、マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路が電磁的に結合される。ワークピース（ベアリングコンポーネント）の加熱位置では、マスター磁束カプラーはパッシブ磁束カプラーに隣接して配置され、パッシブ磁束カプラーから物理的に分離される（図６（ｂ）の例ではギャップ２０５によって）。

【図7(a)】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、マスター及びパッシブ電気バスネットワークの形態及び構成の代替的な実施形態を断面図で示している。図７（ａ）は、銅管を含む各バスネットワークを示し、図７（ｂ）は、ワークピースの加熱位置にあるときの、対応するギャップ２０５ａ（図７（ａ））及び２０５ｂ（図７（ｂ））によって分離されたマスター及びパッシブ電磁結合領域内に挟まれた長方形の銅棒を示す。ギャップは、エアギャップ又は誘電体材料で満たされ得る。図７（ｂ）に示される配置は、アクティブ回路とパッシブ回路との間のより良好な電磁結合のために、図７（ａ）に示される配置と比較して典型的に好ましい。マスター電気導体ネットワーク及びパッシブ電気導体ネットワークは、あるいは、それぞれ、マスターインダクタ回路バスネットワーク及びパッシブインダクタ回路導体ネットワークと呼ばれる。

【図7(b)】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、マスター及びパッシブ電気バスネットワークの形態及び構成の代替的な実施形態を断面図で示している。図７（ａ）は、銅管を含む各バスネットワークを示し、図７（ｂ）は、ワークピースの加熱位置にあるときの、対応するギャップ２０５ａ（図７（ａ））及び２０５ｂ（図７（ｂ））によって分離されたマスター及びパッシブ電磁結合領域内に挟まれた長方形の銅棒を示す。ギャップは、エアギャップ又は誘電体材料で満たされ得る。図７（ｂ）に示される配置は、アクティブ回路とパッシブ回路との間のより良好な電磁結合のために、図７（ａ）に示される配置と比較して典型的に好ましい。マスター電気導体ネットワーク及びパッシブ電気導体ネットワークは、あるいは、それぞれ、マスターインダクタ回路バスネットワーク及びパッシブインダクタ回路導体ネットワークと呼ばれる。

【図8(a)】図８（ａ）～図８（ｄ）は、誘導加熱装置が、ベアリング特徴部分の加熱が完了した後、装置の熱中（加熱）位置にベアリング特徴部分を備えたままである場合、焼入れプロセスステップが実行される、内側又は外側レースなどのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の一実施形態を概略的に示す。

【図8(b)】図８（ａ）～図８（ｄ）は、誘導加熱装置が、ベアリング特徴部分の加熱が完了した後、装置の熱中（加熱）位置にベアリング特徴部分を備えたままである場合、焼入れプロセスステップが実行される、内側又は外側レースなどのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の一実施形態を概略的に示す。

【図8(c)】図８（ａ）～図８（ｄ）は、誘導加熱装置が、ベアリング特徴部分の加熱が完了した後、装置の熱中（加熱）位置にベアリング特徴部分を備えたままである場合、焼入れプロセスステップが実行される、内側又は外側レースなどのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の一実施形態を概略的に示す。

【図8(d)】図８（ａ）～図８（ｄ）は、誘導加熱装置が、ベアリング特徴部分の加熱が完了した後、装置の熱中（加熱）位置にベアリング特徴部分を備えたままである場合、焼入れプロセスステップが実行される、内側又は外側レースなどのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の一実施形態を概略的に示す。

【図9】図９（ａ）～図９（ｄ）は、内側又は外側レースなどのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の別の実施形態を概略的に示している。ここで、焼入れプロセスステップは、少なくともベアリング特徴部分を備えたパッシブインダクタ回路のパッシブインダクタコイルを焼入れ剤タンク内に沈めることによって実行される。この実施形態では、パッシブインダクタコイル回路の対応するセクションは、焼入れプロセスステップ中に熱処理されたベアリング特徴部分を所定の位置に保持するための支持体（ネスト）として使用される。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、内側ベアリングレース又は外側ベアリングレースなどのベアリングワークピース上のベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の別の実施形態を概略的に示す。ここで、焼入れプロセスステップは、ベアリングワークピースのベアリング特徴部分が組み立てられた（加熱）位置にある装置で誘導加熱された後、ベアリングワークピースが誘導加熱装置内に留まるときに開始し（図１０（ｂ））、加熱されたベアリング機能を備えたベアリングワークピースが、パッシブインダクタ回路内のパッシブ加熱インダクタコイル２２０とともに焼入れタンク（図１０（ｃ））に移動する間、焼入れプロセスが継続し（図１０（ｃ））。そこで焼入れプロセスが完了する。

【図11】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、内側又は外側のベアリングレースなどのベアリングコンポーネントのベアリング特徴部分を誘導加熱処理するための本発明の方法の別の実施形態を概略的に示す。ここで、少なくとも２つの別々のベアリングコンポーネント（ワークピース）のベアリング特徴部分が同時に加熱され、同時加熱が完了した後、後続の焼入れプロセスステップと組み合わされる。

【図12】図１２（ａ）は、２つの別個のベアリングコンポーネント（ワークピース）を同時に加熱し、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示される方法で使用することができる本発明の誘導加熱装置を示す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示される誘導加熱装置の一端を拡大して詳細に部分的に示す。

【図13】図１３は、誘導加熱装置が垂直方向の回転テーブルに隣接して配置されている本発明の一実施形態である。回転テーブルには複数の別個のワークピースをロードできる（例えば、事前に加熱した後；熱処理場所に回転し、ベアリング特徴部分の熱処理のために誘導加熱装置にロードされた後、焼き入れ場所に回転した後）。

【図14(a)】図１４（ａ）は、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）のベアリングコンポーネント（ワークピース）の加熱位置に示される、構成された誘導熱処理装置８００の構成されたパッシブインダクタアセンブリ８００ｂの斜視図である。

【図14(b)】図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示されるパッシブインダクタアセンブリの上面平面図である。

【図14(c)】図１４（ｃ）は、図１４（ａ）に示されるパッシブインダクタアセンブリの側面断面図である。

【図15(a)】図１５（ａ）は、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）のベアリングコンポーネント（ワークピース）の加熱位置に示される、誘導熱処理装置８００の構成されたマスターインダクタアセンブリ８００ａの斜視図である。

【図15(b)】図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示されるマスターインダクタアセンブリの上面平面図である。

【図15(c)】図１５（ｃ）は、図１５（ａ）に示されるマスターインダクタアセンブリの側面断面図である。

【図16(a)】図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、内側ベアリングレースなどのワークベアリング特徴部分の電気誘導加熱用にワークピース加熱位置に構成された、パッシブインダクタアセンブリ８００ｂ（図１４（ａ））及びマスターインダクタアセンブリ８００ａ（図１５（ａ））を備えた電気誘導熱処理装置８００の一例の代替斜視図である。

【図16(b)】図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、内側ベアリングレースなどのワークベアリング特徴部分の電気誘導加熱用にワークピース加熱位置に構成された、パッシブインダクタアセンブリ８００ｂ（図１４（ａ））及びマスターインダクタアセンブリ８００ａ（図１５（ａ））を備えた電気誘導熱処理装置８００の一例の代替斜視図である。

【図17】図１７（ａ）は、単一の電源からの別々のフェーズロック出力によって電力を供給される２つの別々のマスターインダクタ回路で構成された、ベアリングコンポーネントの１つ又は複数の特徴部分を同時に加熱するための代替的なスプリットマルチコイル電気誘導熱処理システムを概略的に示している。図１７（ｂ）と図１７（ｃ）は、それぞれ同相と逆相の両方の出力電流を示している。

【図18】図１８は、トランスの一次側に給電する単一の出力を備えた単一の電源から電力を供給される２つの別個のマスターインダクタ回路で構成され、それぞれが別個のマスターインダクタ回路に給電する２つの二次出力を備える、ベアリングコンポーネントの１つ又は複数の特徴部分を同時に加熱するための代替的なスプリットマルチコイル電気誘導熱処理システムを概略的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明のいくつかの実施形態では、マスター加熱インダクタ及びパッシブ加熱インダクタは、マスター回路交流電流及びパッシブ回路の交流電流の逆瞬時電流が流れるように構成される。

【0034】

図面（同様の数字が同様の要素を示す）を参照すると、図５（ａ）～図５（ｄ）には、例えば転動体、ベアリング、レースウェイ、又はリングを利用するヘビーデューティー用途（パワートレイン用途、ドライブライン用途、及びベアリングコンポーネントの構造が複雑なホイールアセンブリを含む）で使用されるベアリングコンポーネントの内側ベアリングレース、外側ベアリングレース又はその他のベアリング特徴部分を誘導熱処理するために組み立てることができるマスターインダクタ回路２００ａ及びパッシブインダクタ回路２００ｂを有する本発明の一実施形態が概略的に示されている。ベアリングコンポーネントは、あるいは、本明細書ではベアリングワークピースとして説明されている。

【0035】

マスターインダクタ回路及びパッシブインダクタ回路は、図５（ｃ）又は図５（ｄ）に示されるように、組み立てられたベアリングワークピース電気誘導熱処理装置２００を形成する。ここで、マスターインダクタアセンブリのマスターインダクタ回路とパッシブインダクタアセンブリのパッシブ回路が、例えば図５（ｃ）又は図５（ｄ）に示すベアリングコンポーネントの加熱位置にあるとき、選択的なベアリング特徴部分は、２つ以上の異なるベアリング特徴部分のそれぞれについてマスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路で別々に構成されたマスター加熱インダクタとパッシブ加熱インダクタで同時に熱処理することができる。したがって、装置２００は、ベアリングコンポーネント上の複数のベアリング特徴部分を同時に加熱するためのスプリットインダクタアセンブリを備えたスプリットマルチコイル（マスター加熱インダクタ及びパッシブ加熱インダクタ）として説明することもできる。ここで、スプリットインダクタアセンブリは、マスターインダクタアセンブリのマスターインダクタ回路とパッシブインダクタアセンブリのパッシブインダクタ回路によって形成される。

【0036】

本発明の例示された実施形態では、マスターインダクタ回路２００ａは、以下から形成されるマスター加熱インダクタ２１０を含む：ベアリングコンポーネントで同時に熱処理すべき第１ベアリング特徴部分の誘導加熱用に構成された第１のシングルターン誘導コイル；マスター磁束カプラーを形成する１つ又は複数のマスター回路磁束結合領域２３０；及びマスターインダクタ回路の電源端子６ａ及び６ｂ。これらのすべてのマスター回路コンポーネントは、マスターインダクタ回路導体ネットワーク２０１によって電気的に相互接続されて、マスターインダクタ回路からエアギャップ又は誘電体材料のギャップで分離されて物理的に接続されていないマスター磁束カプラーを除き、直列マスター回路を形成し、マスター回路コンポーネントのすべてのコンポーネントは、物理的及び電気的に直列に接続されている。マスター磁束カプラーは、マスターインダクタ回路に交流が流れるときにマスターインダクタ回路からの磁束を結合するために、マスターインダクタ回路導体ネットワーク２０１に隣接して物理的に分離して配置されている。マスターインダクタ回路の電源端子６ａ及び６ｂは、マスターインダクタ回路２００ａを適切な交流電源（図面ではＡＣ電源と指定されている）に接続する。交流電源は、ベアリング特徴部分の選択的熱処理のための当技術分野で知られている中周波数又は高周波電源から特定の用途のために選択することができ、また、高周波焼入れ装置が設置されている商用電源からの入力電力を供給することができる。指定された硬度層深度、熱処理されるベアリング特徴部分の形状、ベアリングワークピースを形成する加熱された金属材料の質量と生産率（熱処理されるベアリング特徴部分ごとのサイクルタイム）の必要に応じて、電源の標準定格は３０ｋＷ～５００ｋＷの範囲で、動作周波数は１ｋＨｚ～１８０ｋＨｚである。選択された電源の単相２導体出力は、電源装置の構成と電源装置の負荷マッチング機能に依存して、マスターインダクタ回路の電源端子６ａ及び６ｂに、直接に、電源バスネットワーク経由して、又は負荷整合トランスを介して接続される。

【0037】

図５（ｂ）～図５（ｄ）に示される本発明の実施形態では、パッシブインダクタ回路２００ｂは、以下から形成されるパッシブ加熱インダクタ２２０を含む：ベアリングコンポーネントで同時に熱処理される第２ベアリング特徴部分の誘導加熱用に構成された第２のシングルターン誘導コイル；及びパッシブ磁束カプラーを形成する１つ又は複数のパッシブ回路磁束結合領域２４０。パッシブ加熱インダクタ２２０は、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク２０２と物理的及び電気的に閉ループの直列パッシブインダクタ回路を形成する。装置２００が図５（ｃ）又は図５（ｄ）のように加熱又は組み立てられた位置にあるとき、パッシブ磁束カプラーは、パッシブ回路導体ネットワーク２０２及びマスターインダクタ回路導体ネットワーク２０１に隣接して配置され、エアギャップ又は誘電体材料のギャップによって物理的に分離され、これにより、マスターインダクタ回路にマスター交流電流が流れると、パッシブインダクタ回路にパッシブ交流電流が誘導される。

【0038】

図では、マスター及びパッシブ加熱インダクタはシングルターンソレノイドコイルとして構成されているが、インダクタの他の構成は、例えば、内側又は外側のベアリング特徴部分が熱処理されるかどうかなど、マスター加熱インダクタ又はパッシブ加熱インダクタによって加熱されるベアリング特徴部分の特定の構成の必要に応じて、本発明の他の例で利用することができる。

【0039】

本発明の他の例では、アクティブ加熱インダクタ又はパッシブ加熱インダクタは、マルチターンコイルなどの異なる構成のものであり得る。更に、本発明の他の例では、２つ以上のベアリング特徴部分がマスター加熱インダクタ又はパッシブ加熱インダクタによって加熱され得、その結果、複数の２つ以上のベアリング特徴部分が同時に加熱され得る。

【0040】

マスター磁束カプラーを形成する１つ以上のマスター回路磁束結合領域２３０と、パッシブ磁束カプラーを形成する１つ以上のパッシブ回路磁束結合領域２４０は、代替的に、以下から形成することができる：標準のラミネーションパック；純粋なフェライト；又は、当技術分野で知られているように、プレス及び焼結された磁性粒子を含む磁性複合材料を含む、従来の鉄又はフェライトベースの粉末材料。

【0041】

本発明の一実施形態では、マスターインダクタ回路２００ａ及びパッシブインダクタ回路２００ｂは、装置による熱処理のためにベアリングワークピースをロードする熱処理プロセスステップにおいて、ベアリングワークピース（例えば、熱処理を必要とする内側ベアリングレースなどの選択された複数のベアリング特徴部分を備えた図１（ｂ）のベアリングワークピース１００）の対向する長手方向側端部から選択的に一緒にされる（電気誘導加熱処理装置を加熱位置に組み立てることとも呼ばれる）。装置を加熱位置に組み立てるこのプロセスステップは、図５（ｃ）に示され、軸Ｌ－Ｌは、図１（ｂ）の例示的なベアリングワークピース１００の中央内部長手方向軸Ｌ－Ｌを表す。これは、わかりやすくするために、マスター加熱インダクタ２１０及びパッシブ加熱インダクタ２２０内には示されていない。ここで、マスター加熱インダクタは、運動方向矢印ＭＣで示されるように、ベアリングワークピースの上部長手方向側端部Ｌ－Ｌの上から下がり、パッシブ加熱インダクタは、運動方向矢印ＰＣによって示されるように、ベアリングワークピースの下部長手方向側端部を越えて下から上る。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照すると、ベアリングワークピース１００は、マスター加熱インダクタ２１０ａ”及びパッシブ加熱インダクタ２２０ｂ”内の加熱装置２４５の加熱位置に配置されて示されている。ベアリングワークピースの対向する長手方向側端部からの加熱位置への装置のアセンブリのこの構成は、マスター回路インダクタ又はパッシブ回路インダクタの形状がそれぞれ、パッシブ回路インダクタによって加熱されるベアリングワークピースの特徴部分、又はアクティブ回路インダクタによって加熱されるベアリングワークピースの特徴部分との物理的干渉をもたらす可能性を排除する。同様に、マスターインダクタ回路２００ａ及びパッシブインダクタ回路２００ｂが熱処理装置から熱処理後にベアリングワークピースをアンロード（取り外す）する熱処理プロセスステップは、マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路を、図５（ｃ）のマスター加熱インダクタのアンロード運動矢印ＭＯの方向及び図５（ｃ）のパッシブ加熱インダクタのアンロード運動矢印ＰＯの方向によって示されるように、ベアリングワークピースの対向する長手方向の側端部を介してそれぞれから分離することによって実現される。マスター加熱インダクタ２１０を備えたマスターインダクタ回路及びパッシブ加熱インダクタ２２０を備えたパッシブインダクタ回路を、ベアリングワークピースＬ－Ｌの対向する長手方向側端部から一緒にしたり分離したりするプロセスステップは、ベアリングワーク１００が装置内の熱処理のためにロードされるとき、それぞれマスター加熱インダクタ及びパッシブ加熱インダクタによって熱処理される、マスター加熱インダクタ２１０及びパッシブ加熱インダクタ２２０のベアリング特徴部分（例えば、図１（ｂ）のベアリングレース領域１０１及び１０２）への近接（通常、０．５ｍｍ～６ｍｍ）を可能にし、この例では、ワークピースのロード及びアンロードのプロセスステップ中に、図２（ａ）に示される十分に大きなラジアルクリアランス１０７を有する必要がないため、図１（ｂ）に示される熱処理領域１０１と１０２との間のベアリングワークピースのより小さな直径の中間レース領域１０３は、マスター加熱インダクタ（コイル）とパッシブ加熱インダクタ（コイル）をワークピースのロード（加熱）位置に一緒にすることを妨害（干渉）しない。

【0042】

本発明のいくつかの実施形態では、スプリットマルチコイル電気誘導加熱システムは、矢印で示されているモーションのリニアアクチュエータを表すことのできる、図５（ｃ）の矢印で示されているマスター及びパッシブ磁束カプラーの動きに沿って、マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路を組み立て（加熱）位置に一緒にし、マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路を組み立て（加熱）位置から分離するように構成される、スプリットインダクタアセンブリ位置決め装置を含む。組み立てられた（加熱）位置では、第１ベアリング特徴部分及び第２のベアリング特徴部分を同時に加熱するため、第１ベアリング特徴部分がマスター加熱インダクタを使用した誘導加熱用に配置され、第２のベアリング特徴部分がパッシブ加熱インダクタを使用した誘導加熱用に配置されているとき、マスターインダクタアセンブリのマスター加熱インダクタは、パッシブインダクタアセンブリのパッシブ加熱インダクタと長手方向に位置合わせされており、パッシブ磁束カプラーの位置は、マスター磁束カプラーに隣接しており、物理的に分離されている。非加熱位置では、マスターインダクタアセンブリのマスター加熱インダクタは、第１ベアリング特徴部分及び第２のベアリング特徴部分を誘導加熱するためにベアリングコンポーネントをベアリングコンポーネントの加熱位置に配置する目的で、又は、ベアリングコンポーネントの加熱位置での第１ベアリング特徴部分及び第２のベアリング特徴部分の誘導加熱後のベアリングコンポーネントを取り外す目的で、パッシブインダクタアセンブリのパッシブ加熱インダクタから分離されている。

【0043】

図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、ロードされたベアリングワークピースがマスター回路インダクタ及びパッシブ回路インダクタ内に配置された状態でベアリングワークピースの加熱位置に一緒にされた後のマスターインダクタ回路２００ａ及びパッシブインダクタ回路２００ｂの斜視図を示す。組み立てられたマスター加熱インダクタとパッシブ加熱インダクタ回路を明確にするために、ベアリングワークピースは（オプションのポストヒーティング焼入れ装置とともに）これらの図には示されていない。

【0044】

図５（ａ）～図５（ｄ）に示される本発明の実施形態では、マスターインダクタ回路導体ネットワーク２０１及びパッシブインダクタ回路導体ネットワーク２０２は、Ｕ字型マスター回路磁束結合領域２３０とパッシブ回路磁束結合領域２４０との間にそれぞれ配置された銅管バスとして示される。

【0045】

マスターインダクタ回路２００ａのコンポーネントとパッシブインダクタ回路２００ｂのコンポーネントとが、例えば、図５（ｃ）又は図５（ｄ）に示されるように、ワークピースの加熱位置にあるとき、及びマスター及びパッシブ加熱インダクタに隣接して配置されたベアリングワークピースのベアリング特徴部分を加熱するために、１つ又は複数の熱処理プロセスステップが実行されているとき、それらの間に物理的接触又は電気回路接触はない。マスターインダクタ回路磁束結合領域２３０は隣接して配置されているが、図５（ｃ）又は図５（ｄ）の断面の詳細によって示されるように、マスターインダクタ回路の導体ネットワーク内の交流電流によって確立された磁束をパッシブインダクタ回路に転送するため、分離距離２０５によってパッシブインダクタ回路磁束結合領域２４０から物理的に離れている。

【0046】

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、別の斜視図で、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示されるものと類似する組み立てられた誘導加熱処理装置２００を利用する本発明の構成された誘導加熱処理装置８００の一実施形態を示す。構成された誘導加熱処理装置８００は、ベアリングコンポーネント（ワークピース）の加熱位置で図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示され、例示的なベアリングワークピース９００が、ベアリングワークピース上の２つのベアリング特徴部分を同時に加熱するために装置にロードされる。この非限定的な例では、ベアリングコンポーネントは、熱処理されずに中央ベアリングワークピース特徴部分によって軸方向に分離された、熱処理を必要とする上部内側ベアリングレース（マスター加熱インダクタによって加熱される第１ワークピースベアリング特徴部分とも呼ばれる）と、同時熱処理を必要とする下部内側ベアリングレース（パッシブ加熱インダクタによって加熱される第２ワークピースベアリング特徴部分とも呼ばれる）を有する。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）では、ワークピースが装置８００のベアリングコンポーネントの加熱位置にロードされているため、ベアリングワークピース９００の内部が見えないが、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）のベアリングワークピース１００の内部と同様であり得る（上部内側ベアリングレースは内側ベアリングレース１０１ａであり、下部内側ベアリングレースは１０２ａであり、非加熱中央ベアリングワークピースの特徴部分は図１（ａ）及び図１（ｂ）の領域１０３である）。構成された誘導加熱処理装置８００は、構成されたマスターインダクタアセンブリ又はセクション８００ａ、及び構成されたパッシブインダクタアセンブリ又はセクション８００ｂを備える。

【0047】

図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、例えば、ベアリングワークピースの非加熱位置で、構成されたアクティブインダクタアセンブリ８００ｂから分離されたときの、構成されたパッシブインダクタアセンブリ８００ｂの様々な図である。図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、例えば、ベアリングワークピースの非加熱位置で、構成されたパッシブインダクタアセンブリ８００ｂから分離されたときの、構成されたマスターインダクタアセンブリ８００ａの様々な図である。本発明のこの例では、向きの説明の便宜上構成されたパッシブインダクタアセンブリ８００ｂは、あるいは、下部インダクタアセンブリと呼ばれ、構成されたマスターインダクタアセンブリ８００ａは、あるいは、上部インダクタアセンブリと呼ばれるが、誘導加熱処理装置８００を形成するパッシブインダクタアセンブリ及びマスターインダクタアセンブリの向きを制限するものではない。

【0048】

構成されたマスターインダクタ回路８００ａは、この非限定的な例では、マンドレル４２０ａの下端の周り及びその近くに取り付けられた、第１のシングルターン誘導コイルから形成されたマスター加熱インダクタ７１０と、マスター回路磁束カプラーを形成するマスター回路磁束結合領域７３０ａ及び７３０ｂと、電気絶縁材料７によって分離されたマスターインダクタ回路の電源端子６ａ及び６ｂを含み、これらのコンポーネントはすべて、マスターインダクタ回路導体ネットワーク７０１に関連付けられている。マスターインダクタ回路の電源端子６ａ及び６ｂは、マスターインダクタ回路８００ａを適切な交流電源（図面ではＡＣ電源と指定されている）に接続する。マスター加熱インダクタは、熱処理される第１ワークピースベアリング特徴部分の誘導加熱用に構成されている。本発明のいくつかの実施形態では、マンドレル４２０ａは、以下で更に説明されるように、焼入れマンドレルと呼ばれる。

【0049】

構成されたマスターインダクタ回路８００ａは、更に、リング形状であり、焼入れマンドレル４２０ａの周りのマスター加熱インダクタ７１０の上に配置されている任意選択の上部マスター磁束コンセントレータ２０３ａ、及び誘導加熱磁束を、マスター加熱インダクタ７１０によって加熱されている第１ベアリングワークピース特徴部分に向けるための、マスター加熱インダクタの下に配置された任意選択の下部マスター磁束コンセントレータ２０４ａを含む。

【0050】

構成されたマスターインダクタ回路８００ａは更に、供給冷却管４２５ａ及び戻り冷却管４２５ｂによって提供され、マスターインダクタ回路導体ネットワーク７０１内の中空内部貫通通路内を循環するマスターインダクタ回路冷却媒体を備える、補助マスターインダクタ回路強制液体冷却媒体システムのコンポーネントを含む。

【0051】

この非限定的な例では、構成されたマスターインダクタ回路８００ａは、任意選択の統合された焼入れ装置、すなわち、図示されていない焼入れ通路（焼入れマンドレルの上端近くの焼入れ供給ポート４２１ａ及び４２１ｂを介して供給される焼入れ剤を用いて、ワークピース加熱位置にあるベアリングワークピースの熱処理された特徴部分に焼入れ剤を供給するもの）を備えた焼入れマンドレル４２０ａを含む。

【0052】

構成されたマスターインダクタ回路８００ａは、構成されたマスターインダクタ回路の特定の配置に必要とされ得る１つ又は複数のマスターインダクタ回路支持構造を更に備える。図示される例では、構成された誘導熱処理装置８００は、焼入れマンドレル４２０ａを所定の位置に保持する支持クランプブロック４２０ｂ、サポートライザー４２０ｃ、及び調整可能なサポートブリッジ４２０ｄを含むが、これらに限定されない。

【0053】

構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂは、この非限定的な例では、第２のシングルターン誘導コイルから形成され、支持柱４１０ａ（垂直方向の支持構造とも呼ばれる）の上端の周り及びその近くに取り付けられたパッシブ加熱インダクタ７２０と、パッシブ回路磁束結合器を形成するパッシブ回路磁束結合領域７４０ａ及び７４０ｂを含み、これらのコンポーネントはすべて、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク７０２（パッシブインダクタバスネットワークとも呼ばれ、電気的に閉ループのパッシブバスネットワークを形成する）に関連付けられている。パッシブ加熱インダクタは、熱処理される第２ワークピースベアリング特徴部分の誘導加熱用に構成されている。

【0054】

構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂは、更に、リング形状であり、支持柱４１０ａの周りのパッシブ加熱インダクタ７２０の上に配置されている任意選択の上部パッシブ磁束コンセントレータ２０３ｂ、及び誘導加熱磁束を、パッシブ加熱インダクタ７２０によって加熱されているベアリングワークピース特徴部分に向けるための、マスター加熱インダクタの下に配置された任意選択の下部パッシブ磁束コンセントレータ２０４ｂを含む。

【0055】

本発明の例示された実施形態における構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂは更に、供給冷却管４０６ａ及び戻り冷却管４０６ｂによって提供され、パッシブインダクタ回路導体ネットワーク７０２内の中空内部貫通通路内を循環するパッシブインダクタ回路冷却媒体を備える、補助パッシブインダクタ回路強制液体冷却媒体システムのコンポーネントを含む。

【0056】

構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂは、構成されたパッシブインダクタ回路の特定の配置に必要とされ得る１つ又は複数のパッシブインダクタ回路支持構造を更に備える。図示される例では、構成された誘導熱処理装置８００は、支柱４１０ａ（垂直方向の支持構造とも呼ばれる）、パッシブ回路インダクタ取り付けベース４１０ｂ、パッシブ回路サポートクレードル４１０ｃを含むが、これらに限定されない。

【0057】

構成されたマスターインダクタ回路８００ａ及びパッシブインダクタ回路８００ｂは、装置による熱処理のためにベアリングワークピースをロードする熱処理プロセスステップにおいて、熱処理を必要とする内部ベアリングレースの選択された複数の特徴部分を備えたベアリングワークピース（例えば、ベアリングワークピース９００）の対向する長手方向の側端部から一緒にすることができる（電気誘導加熱処理装置の組み立てとも呼ばれる）。ベアリングワークピースの対向する端部から装置を組み立てることで、マスター回路インダクタ又はパッシブ回路インダクタの形状がそれぞれ、パッシブ回路インダクタによって加熱されるベアリングワークピースの特徴部分、又はアクティブ回路インダクタによって加熱されるベアリングワークピースの特徴部分との物理的干渉をもたらす可能性を排除する。同様に、熱処理装置からの熱処理後にベアリングワークピースをアンロード（取り外す）する熱処理プロセスステップは、構成されたマスターインダクタ回路及び構成されたパッシブインダクタ回路を、ベアリングワークピースの対向する長手方向側端部を介してそれぞれから分離することによって達成される。本発明のいくつかの実施形態において（例えば、図９（ａ）～図９（ｄ）及び図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示されるように）、構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂは、構成されたマスターインダクタ回路８００ａから分離されているが、ベアリングワークピースからは分離されておらず（図９（ｃ）及び図１０（ｃ））、ベアリングワークピースは、当技術分野で誘電体ネストとして知られている構造の、パッシブインダクタからの誘電絶縁を備えたパッシブインダクタに着座する。焼入れサイクルの完了後にのみ、ベアリングワークピースは、構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂから最終的に取り外される。マスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路をまとめて、ベアリングワークピースの反対側の長手方向側端から分離するプロセスステップは、構成されたマスター加熱インダクタ及び構成されたパッシブ加熱インダクタによってそれぞれ熱処理されるベアリング特徴部分への、マスター加熱インダクタ７１０及びパッシブ加熱インダクタ７２０の近接配置を可能にする。図５（ａ）～図５（ｄ）に示される本発明の実施形態では、マスターインダクタ回路導体ネットワーク２０１及びパッシブインダクタ回路導体ネットワーク２０２は、Ｕ字型マスター回路磁束結合領域２３０とパッシブ回路磁束結合領域２４０との間に配置されている銅管バスとして示されている。

【0058】

構成されたマスターインダクタ回路８００ａのコンポーネントと構成されたパッシブインダクタ回路８００ｂのコンポーネントは、それらが、例えば、図１６（ａ）又は図１６（ｂ）に示されるようにワークピースの加熱位置にあるとき、及び１つ又は複数の熱処理プロセスステップが実行されているとき、それらの間に物理的接触又は電気回路接触はない。構成されたマスターインダクタ回路磁束結合領域７３０ａ及び７３０ｂは隣接して配置されているが、マスターインダクタ回路導体ネットワーク７０１内の交流電流によって確立された磁束をパッシブインダクタ回路導体ネットワーク７０２に転送するために、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるような分離距離７０５によって、構成されたパッシブインダクタ回路磁束結合領域７４０ａ（図面図では隠されている）及び７４０ｂから物理的に離れている。本発明のいくつかの実施形態では、電気絶縁体は、磁束結合領域７３０ａと７３０ｂとの間、及び／又は磁束結合領域７４０ａ（図面図に隠されている）と７４０ｂとの間、及び／又はマスターインダクタ７０１とパッシブインダクタ７０２ネットワークとの間に配置される。

【0059】

本発明のベアリングワークピース電気誘導加熱装置、例えば、構成されたマスターインダクタ回路、構成されたパッシブインダクタ回路、又は構成されたマスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路の両方を互いに離れる方向に移動することによって、構成された誘導熱処理装置８００は、図１６（ａ）又は図１６（ｂ）に示されるように、ワークピース加熱位置の間で移動することができ、これにより、それらは互いに分離され、ロードされたベアリングワークピース（例えば、図１６（ａ）又は図１６（ｂ）のベアリングワークピース９００）から分離される。非限定的な例として、図１６（ａ）又は図１６（ｂ）に示されているワークピースの加熱位置からベアリングワークピースをロード又はアンロードする（図示されていない適切なワークピース電気機械輸送装置を使用して）ための構成されたマスターインダクタ回路とパッシブインダクタ回路の間の分離動作は、特定の用途に必要とされる方向移動用に構成された１つ又は複数の適切な電気機械式リニア又は回転アクチュエータを使用して達成することができる。

【0060】

図１４（ａ）から図１６（ｂ）に示される電気誘導熱処理装置８００を用いて、選択されたベアリングワークピースの特徴部分の加熱サイクル及び適切なオーステナイト化が完了した後、熱処理されたワークピースベアリング特徴部分の焼入れは、加熱装置に統合された、又は本明細書に記載されるように、若しくは他の方法で当技術分野で知られているように加熱装置から離れた場所に配置された焼入れ装置を用いて達成され得る。

【0061】

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、断面図において、ある用途で代替的に使用される場合の、図６（ｂ）に示されるマスター及びパッシブ回路磁束結合領域２３０及び２４０（磁束コンセントレータ）を示す。ここで、（１）マスター及びパッシブインダクタバスネットワークは、図７（ａ）の電磁結合領域２３０ａ及び２４０ａの間に挿入された（「サンドイッチ」とも呼ばれる）導電性チューブ２０１ａ及び２０２ａ（銅組成物など）から形成されるか；又は（２）マスター及びパッシブインダクタバスネットワークは、図７（ｂ）の電磁結合領域２３０ｂと２４０ｂとの間のエアギャップ又は誘電体材料のギャップに挿入された（「サンドイッチ」とも呼ばれる）、導電性の長方形のバー２０１ｂ及び２０２ｂ（銅のバスバーなど）又は長方形のチューブ（図示せず）から形成される。図７（ｂ）に示す長方形の銅バスの使用が最も一般的に使用される。

【0062】

図７（ａ）の例示的な熱中位置間隔エアギャップ２０５ａ及び図７（ｂ）の２０５ｂは、マスターインダクタ回路２００ａの要素とパッシブ回路２００ｂの要素との間の電気アーク又は短絡を防ぐのに十分な大きさである。空気は好ましい誘電体材料ではないが、本発明の代替的な実施形態では、エアギャップは十分な誘電体として機能することができ、又は、熱中位置間隔ギャップ２０５ａ又は２０５ｂは、導電体を電気的に絶縁するために当技術分野で知られている従来の誘電体材料で満たされ得る。そのような従来の誘電体材料には、誘電体テープ、セラミックコーティング、又は当技術分野で知られている他の電気的絶縁材料が含まれる。

【0063】

図７（ａ）の間隔エアギャップ２０５ａ及び図７（ｂ）の間隔エアギャップ２０５ｂは、マスターインダクタ回路２００ａとパッシブインダクタ回路２００ｂとの間の電磁結合に悪影響を与えるほど大きくてはならない。典型的に、限定ではないが、間隔エアギャップ２０５ａ及び２０５ｂ（図７（ｂ））のサイズは、周波数、電流の大きさ、及び作業環境の状態（湿度、湿気、導電性のほこりの存在など）に依存して、０．５ｍｍ～６ｍｍの範囲内である。

【0064】

磁束カップリングの適切な形状の選択とそれらを所定の位置に保持する方法、及び間隔エアギャップ２０５の適切なサイズの選択を含む、特定の用途のためのマスター及びパッシブ回路磁束結合領域２３０及び２４０の製造特徴については、米国特許第６，２７４，８５７号及び米国特許第６，８５９，１２５号が参照される。

【0065】

本発明のプロセスの一実施形態では、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、誘導加熱される１つ又は複数の特徴をワークピースにロードし、本発明の装置のマスター誘導コイルとパッシブ誘導コイルの両方を加熱位置に配置した後、回路電源端子６ａ及び６ｂに接続された交流電源が通電され、マスターインダクタ回路に交流電流が流れ始める。マスター回路及びパッシブ回路の磁束結合領域２３０及び２４０は、トランスコアの巻線間の効果と同様に、通電されたマスターインダクタ回路と電気的に短絡されたパッシブインダクタ回路との間に電磁結合を提供する。マスター回路インダクタを流れる交流電流は、電力トランスの一次巻線と二次巻線に電流が流れるのと同様のマスター回路とパッシブ回路の磁束結合領域によって、閉ループパッシブ回路内を流れる電流を即座に（実際には）生成する。

【0066】

パッシブインダクタ回路２００ｂに誘導される瞬時交流電流は、例えば図５（ｃ）の矢印によって示されるように、マスターインダクタ回路に流れるソース電流の方向とは反対の方向に向けられる。しかしながら、代替的な回路接続によっては、マスター回路２００ａのマスター誘導コイル２１０及びパッシブインダクタ回路２００ｂのパッシブ誘導コイル２２０に流れる交流電流は、反対方向又は同じ方向に向けることができる。例えば、図５（ａ）から図５（ｃ）に示されるマスター及びパッシブ回路接続は、パッシブインダクタ回路のパッシブ誘導コイル２２０に交流電流（これは、マスター回路のマスター誘導コイル２１０を流れるコイル電流とは反対方向に瞬時に向けられる）を生成する。この反対方向の電流配向は、例えば、図１（ｂ）、図１（ｊ）及び図１（ｋ）に示される硬度パターン（これは、例えば自動車用途で使用される大部分の内側ベアリングレースで最も一般的に望ましい硬度パターンである）を得るのに有益である。対照的に、望ましい硬度パターンが、例えば図１（ｃ）に示されているものである場合、パッシブインダクタ回路の回路配置を変更して、パッシブ誘導コイル２２０に流れる瞬時コイル電流を、接続された電源によって提供され、マスター誘導コイル２１０に流れるマスターインダクタ回路電流と同じ方向に向けることが有益である。そのような接続の１つの可能な例が図５（ｅ）に示されている。図５（ｆ）及び図５（ｇ）は、パッシブインダクタ回路のパッシブ誘導コイルに流れる代替の瞬時電流を示している。図５（ｆ）は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示される電気回路用のパッシブ誘導コイル２２０を備えたパッシブインダクタ回路２００ｂの交流電流の瞬間的な方向を示している。図５（ｇ）は、図５（ｅ）に示されるパッシブ誘導コイル２２０’を備えたパッシブインダクタ回路２００ｂ’の交流電流の瞬間的な方向を示している。図５（ｆ）及び図５（ｇ）に示されるパッシブ回路２０２に流れる電流の同じ瞬間的な方向を有することにかかわらず、パッシブ誘導コイル２２０’（図５（ｇ））を流れる電流は、パッシブコイル２２０（図５（ｆ））を流れる電流とは反対の方向に向けられている。

【0067】

本発明の誘導加熱処理装置の実施形態の典型的な設計用途において、マスターインダクタ回路２００ａとパッシブインダクタ回路２００ｂとの間の十分な電磁結合で、交流電流電源から電源端子接続６ａ及び６ｂに供給されるマスターインダクタ回路２００ａのマスター誘導コイル２１０に流れる電流と、パッシブインダクタ回路２００ｂのパッシブ誘導コイル２２０に誘導される電流との差は、１０％未満であり得る。そして、この差は、アクティブ誘導コイル２１０及びパッシブ誘導コイル２２０のコイル加熱面の形状をプロファイリングすることによって（例えば、銅の形状をプロファイリングすることによって）更に補正することができる。本発明のいくつかの実施形態では、マスター誘導コイルとワークピースのギャップよりも０．２５ｍｍ～２ｍｍ小さいパッシブ誘導コイルとワークピースのギャップを提供すれば、マスター誘導コイル２１０とパッシブ誘導コイル２２０に流れる電流の大きさの違いを補正するのに十分である。本発明の他の実施形態では、ベアリングレース領域の低質量領域が、パッシブインダクタ回路に配置されたパッシブ誘導コイルによって加熱されるように、ベアリングレースを熱中位置に戦略的に配置することが有益である。例えば、図２（ａ）の領域１１５は、図２（ａ）の領域１０６と比較して、熱処理する必要のある金属の質量が小さい。したがって、加熱位置では、より小さな質量領域１１５を加熱するために、パッシブインダクタ回路（より低い電流の大きさ）のパッシブ誘導コイル２２０を配置すること、及びより大きな質量領域１０６を加熱するために、アクティブインダクタ回路（より高い電流の大きさ）のマスター誘導コイル２１０を配置することは有益である。

【0068】

図２（ａ）に示される例示的な場合において、単なる例示であるが、水冷された丸い銅管がコイル製造のために使用される。他の場合では、コイルは代わりに以下によって形成することができる：固体銅ブロックのＣＮＣ加工、適切な銅部品のろう付け、又は、内側のベアリングレース１１５の形状に対応するためにコイルターンのプロファイルされた加熱面を形成するダイ、又は、コイルは３Ｄプリントとして積層造形技術を使用して製造できる。

【0069】

従来の磁束コンセントレータ２０３及び２０４は、加熱効率を改善し、内側ベアリングレースを加熱するための２ターンコイルの各ターン３０１及び３０２によって生成される磁場を集中させるために適用することができる。磁束コンセントレータは通常、標準のラミネーションパック、純粋なフェライト、あるいは、プレス及び／又は焼結磁性粒子を含む従来の鉄ベース又はフェライトベースの粉末材料（磁性複合材料など）から製造される。

【0070】

図５（ａ）から図５（ｄ）に示される本発明のコイル構成は、ロード及びアンロード中に、より小さな直径の領域１０３（例えば、図１（ｂ）に示される）の障害物に関連する制限なしに、可能な限り最小の誘導コイルとワークピース間のギャップを有することを可能にする。本発明は、既知の先行技術と比較して、誘導コイルとワークピース表面との間に実質的により近い結合ギャップを提供し、その結果、高いエネルギー効率、より優れた硬度パターン制御をもたらし、また、最小のサイズと形状の歪みで輪郭のような硬化パターン、オーステナイト化中の最高温度とピーク温度の低下、及び冶金学的に健全な微細構造の製造を得ることができ、熱処理及び操作中にベアリングレースが割れる可能性が低くなる。

【0071】

特定の用途に必要とされるように、本発明の誘導加熱処理装置及び方法は、代替的に、垂直又は水平方向に配置される。装置及び方法の垂直配置の用途では、パッシブ回路２００ｂ（誘導コイル２２０を含む）を、熱処理されるベアリングレースが配置される支持台座（例えば、ワークピース静止構造（ネスト））と組み合わせて提供することができる。この垂直配置では、図８～図１０に示されるように、台座上に載っているベアリングレースを加熱位置に上昇させ（持ち上げて）、熱処理サイクルの間加熱位置に保持することができる。

【0072】

本発明の１つの可能な設計によれば、マスター回路２００ａ（図５（ａ））の誘導コイルは、台座上（又は誘導コイル２２０を含むパッシブ回路２００ｂの一部である休止ネスト上）に配置された後、静止状態に保たれ、ベアリングレース１００（図１（ａ））は加熱位置に出入りする。受動回路２００ｂは閉ループ電気システムを表すので、加熱位置に自由に出入りすることができ、高電流を運ぶ電力接続ケーブルは受動回路２００ｂと共に移動する必要がない。ワークピースを加熱位置に出し入れするためのメカニズムは、油圧式、空気圧式、又は電気式にすることができる。

【0073】

本発明の別の設計概念によれば、マスター回路２００ａの誘導コイル２１０は、加熱位置の内外に移動可能であるが、ベアリングレース１００は軸方向に移動しない。

【0074】

ベアリングレース表面の硬度パターンの仕様と形状の重要性によっては、標準的な手段を使用して、加熱サイクル中にベアリングレースを回転（回転）させることができる。小サイズ及び中サイズのワークピースのための当技術分野で知られている従来のリフト回転構成は、低コストの機械選択肢を提供することができる。シリンダーがワークピースベアリングレースを作業位置に持ち上げ、電気モーターが部品の回転を開始する。選択肢として、調整可能なハードストップを部品の位置決めに使用できる。この場合、保持チャック又はクランプブロックは、加熱中にベアリングレースを回転させながら、回転中に台座に静的に置く必要なしに、ベアリングレースを加熱位置に保持することができる。

【0075】

本発明の他の実施形態では、ワークピースベアリングレース１００は、本明細書に開示されるように、加熱中に静止状態に保たれる。

【0076】

従来の設計のシングルターンコイルには、磁場の歪みが避けられない領域があり、そこで熱強度がいくらか低下する。この領域は、電源から電流を伝送する銅バスが誘導コイルに接続されている領域（いわゆる分極コイル電源リードの領域）に関連付けられている。その熱強度の低下の原因となる物理現象は、電磁界フリンジ効果（フィッシュテール効果とも呼ばれる）と呼ばれ、例えば文献Induction Heating Handbookで説明されている。加熱中のワークピースの回転は、スプリット領域の熱不足を（実際には）解消するのに役立つ。ワークピースベアリングレースが静的に（回転せずに）加熱されている場合でも、そこでの熱強度の偏差を最小限に抑えることができる。業界は、適切なコイル銅プロファイリングを介してシングルターンコイルを使用する静的誘導加熱用途でのフィールドフリンジ効果を効果的に制御及び補償するためのさまざまな標準手段を開発した。シングルターンコイルのスプリット領域での改善された電磁結合（近接効果）は、磁場フリンジを補償し、加熱されたワークピースを回転させる必要をなくす。コイルのスプリット領域の近くでの電界強度補償のこれらの技術は、米国特許第６，２７４，８５７号を含む多くの出版物に開示されており、本発明において、ベアリングレース１００が回転せずに静的に加熱される場合に使用することができる。

【0077】

加熱サイクルと適切なオーステナイト化が完了した後、ベアリングレースは、選択した液体焼入れ剤に適した、又は十分な鋼の硬化性の場合に適した従来の焼入れ技術を適用して、強制空気焼入れやガス焼入れなどの液体焼入れ媒体に代替的な焼入れ媒体を適用することによって、現場又は現場外で焼入れすることができる。

【0078】

図８（ａ）から図８（ｄ）は、ベアリングレース熱処理のための本発明の方法の一実施形態を概略的に示している。図示の方法で利用される電気誘導加熱装置は、例えば、マスターインダクタ回路２００ａ（図５（ａ））及びパッシブインダクタ回路２００ｂ（図５（ｂ））から形成される。図８（ａ）で加熱装置が分離した状態（レースロード位置）で、（ベアリングレースが内側又は外側レースであるかに応じて）マスターインダクタ回路２００ａのマスターインダクタコイル２１０の内側又は外側のいずれかに未熱処理ベアリングレースを配置する、ロード及びアンロードの取り付け台座又は固定具（図示せず）上に、熱処理されるベアリングレースをロードした後、パッシブインダクタ回路２００ｂ全体（パッシブコイル２２０、パッシブ回路磁気カプラー２４０及びパッシブバスネットワーク２０２を含む）は、図８（ｂ）に示されるレース加熱位置まで上昇する。レース加熱位置では、マスター回路及びパッシブ回路電磁カプラー２３０及び２４０は、互いに近接して配置され、銅導電体から形成されたマスターバスネットワーク２０１ｂ及びパッシブバスネットワーク２０２ｂ（図５（ａ）～図５（ｃ）を参照）の対応するセグメントを取り囲み、交流電源への接続を介してマスターインダクタ回路２００ａに電力が供給される（交流電源へ）とき、電磁リンク２５０を作成する（図８（ｂ）に破線の楕円形領域として示されている）。図８（ｂ）に示されるプロセスステップにおいて、コイル２１０及び２２０は、それらのそれぞれの加熱位置に配置されて、所望のベアリングレース領域（例えば、加熱されるベアリングレースが図１（ｂ）に示されるベアリングレース１００である場合、図１（ｂ）のベアリングレース領域１０１及び１０２）の熱サイクルを開始する。加熱サイクルが完了すると、マスターインダクタ回路２００ａから電力が除去され、マスター及びパッシブインダクタ回路がオフになり、その時点で、スプレー焼入れサイクルは、図８（ｃ）に示されるように、加熱装置にロードされたベアリングレース領域の焼入れのために、即座に又は短い時間遅延（ソーク時間とも呼ばれる）後に開始し、ここで、従来のスプレー焼入れ装置７１（例えば、スプレー焼入れブロック又は液体焼入れ剤噴霧器）を利用することができる。ベアリングレースの形状の詳細と必要な硬度パターンによっては、短い焼入れ時間遅延が適切な熱プロファイルの取得に役立ち得る。焼入れ遅延は通常５秒を超えない。スプレー焼入れサイクルが完了すると、熱処理されたベアリングレース（図示せず）及びパッシブインダクタ回路２００ｂ全体が、図８（ｄ）に示されるように、ベアリングレースのアンロード位置まで下げられ、そこで台座からの熱処理されたベアリングレースのアンロードが行われる。連続シーケンシャルベアリングレース熱処理プロセスでは、後続の未熱処理ベアリングレースが台座にロードされ、図８（ａ）～図８（ｄ）に記載されている上記の誘導熱処理プロセスが繰り返される。

【0079】

図９（ａ）～図９（ｄ）は、図８（ａ）～図８（ｄ）に記載された方法のいくつかのプロセスステップと同様の本発明のベアリングレース熱処理の方法の別の実施形態を図式的に示している。図９（ａ）～図９（ｄ）の方法では、最初の２つのプロセスステップは、ベアリングレース加熱装置の下の焼入れタンク７０の配置を除いて、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示される方法ステップについて前述した通りである。加熱サイクルが完了すると、マスターインダクタ回路２００ａから電力が除去され、マスター及びパッシブインダクタ回路がオフになり、その時点で、加熱とオーステナイト化されたベアリングレース領域を備えたベアリングレース及びパッシブインダクタ回路２００ｂ全体は、ベアリングレースの加熱位置から、流体焼入れ剤７０ａの表面レベルより下に、焼入れタンク７０に移され、そこで焼入れサイクルは図９（ｃ）に示すように始まる。好ましくは、限定的ではないが、流体焼入れ剤は、焼入れタンク内で（例えば、攪拌によって）攪拌されて、焼入れの均一性及び他の好ましい冷却特性を改善する。焼入れサイクルが完了すると、焼入れされた熱処理されたベアリングレース１００（図示せず）は、その取り付け台座又は固定具によってパッシブインダクタコイルからアンロードするための位置まで上昇し、取り付け台座又は固定具からアンロードされる。連続シーケンシャルベアリングレース熱処理プロセスでは、後続の未熱処理ベアリングレースが取り付け台座にロードされ、図９（ａ）～図９（ｄ）に記載されている上記の誘導熱処理プロセスが繰り返される。

【0080】

ベアリングレースの形成に使用できる鋼の中には、冶金学的硬化性が低いため、図９（ａ）～図９（ｄ）に関連して上記の方法に示されるようにベアリングレースの焼入れタンクへの輸送中に発生する間に発生する焼入れの遅延に敏感なものがある。加熱及びオーステナイト化された後のそのような鋼の温度は、潜在的に必要最小限の温度レベルを下回る可能性があり、焼入れを遅らせると冶金学的に望ましくない構造が形成される可能性がある。図１０（ａ）～図１０（ｄ）は、ベアリングレース熱処理のための本発明の方法の別の実施形態を概略的に示している。図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示される熱処理方法は、図９（ａ）～図９（ｄ）に示される方法の修正である。図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｄ）で示されるプロセスステップは、図１０（ａ）、図１０（ｂ）及び図１０（ｄ）で示されるプロセスステップで同様に実行される。図１０（ｃ）で示されるプロセスステップは、スプレー焼入れブロック７２が、パッシブインダクタコイル２２０に対して固定されている加熱とオーステナイト化されたベアリングレースを焼入れする（焼入れスプレー矢印によって示される）という点で、図９（ｃ）のプロセスステップから変更されており、固定された加熱とオーステナイト化されたベアリングレースを備えたパッシブインダクタ回路２００ｂ全体が、焼入れタンク７０内の流体焼入れ７０ａに下げられて、焼入れプロセスを完了する。図１０（ａ）～図１０（ｄ）に示される方法は、熱処理されたベアリングレースの冶金学的特性のために、オーステナイト化後の即時及び／又は中断のない焼入れが必要とされる場合に特に有用である。

【0081】

電気誘導熱処理プロセスの一般的な業界慣行に基づくと、ワークピースの焼入れプロセスステップに必要な時間は、典型的には、加熱とオーステナイト化プロセスステップの時間と比較して２～４倍長くなる。その結果、熱処理されたベアリングレースの熱処理生産率と電源の利用率は、図８（ａ）～図８（ｄ）、図９（ａ）～図９（ｄ）、図１０（ａ）～図１０（ｄ）に開示された方法のいずれかを用いた、特定の用途で望まれるよりも低くなり得る。

【0082】

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、電源の使用率を改善してベアリングレースの熱処理生産率を上げる代替的な方法の１つとして、ベアリングレース熱処理のための本発明の方法の別の実施形態を概略的に示している。図示の方法で利用される電気加熱装置は、例えば、複数のマスターインダクタコイル２１０ａ”及び２１０ｂ”を備えたマスターインダクタ回路２００ａ”と、複数のパッシブインダクタコイル２２０ａ”及び２２０ｂ”を備えたパッシブインダクタ回路２００ｂ”から形成され、図１２（ａ）のベアリングレース加熱位置に示される電気誘導加熱装置２４５を形成する。図１２（ａ）の加熱装置２４５は、熱処理されたベアリングレースの生産を増加させ、加えられた電力利用を高めるための本発明の一つの方法を示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示される方法では、２つのベアリングレース（２つのマスター及びパッシブ誘導コイルペアのそれぞれに１つ）を同時に熱処理でき、次に、当技術分野で知られている適切なスプレー焼入れ装置（図１１（ａ）又は図１１（ｂ）の装置７３など）を使用して、又は代替的な焼入れプロセスステップ（例えば、限定的ではないが、図８（ａ）～図８（ｄ）、図９（ａ）～図９（ｄ）、図１０（ａ）～図１０（ｄ）の方法に開示されるもの）で同時に焼入れすることができる。

【0083】

図１２（ａ）は、マスター回路及びパッシブ回路で複数の誘導コイル（すなわち、マスターインダクタ回路の２つのコイル２１０ａ”と２１０ｂ”、及びパッシブインダクタ回路の２つのコイル２２０ａ”と２２０ｂ”）を使用しながら２つのベアリングワークピースのレースを同時に加熱するための、加熱位置での本発明の電気誘導加熱装置の代替的な配置を示している。図１２（ａ）では、便宜上、１つのベアリングワークピースのみが示されている。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の加熱装置の左端の拡大図である。

【0084】

図１１（ａ）から図１１（ｂ）に示すように、マスターインダクタ回路２００ａ”の複数のコイル２１０ａ”及び２２０ｂ”が電気的に直列に接続されている。本発明の電気加熱装置の代替的な配置では、マスターインダクタ回路２００ａ”の複数のコイル２１０ａ”及び２２０ｂ”を電気的に並列に又はその組み合わせで接続することができる。同様に、受動回路２００ｂ”内の複数のコイル２２０ａ”及び２２０ｂ”もまた、電気的に並列に接続することができ、又は直列／並列接続の組み合わせを有することができる。

【0085】

回転テーブルを使用して生産速度を上げることができ、加熱位置の外の複数の場所で焼入れを行うことができる。このタイプのシステムは、コンポーネントが同じワークピース上に配置された異なる領域を硬化する必要がある場合にも使用できる。回転テーブルは、水平、垂直、又は角度を付けて配置できる。

【0086】

図１３は、２つのワークピースベアリングを同時に熱処理するための３つのステーションを有する垂直方向の回転テーブル３３０を含む本発明の誘導加熱システムの一例を示す。矢印で示されるようにテーブルを反時計回りに回転させると、熱処理される２つのワークピースベアリング１００ｘがテーブルステーション３３３で回転テーブルにロードされ、これは加熱前ロードと加熱後アンロードステーションと呼ばれ得る。２つのワークピースベアリング１００ｙは、テーブルステーション３３１（ベアリングワークピース加熱ステーション）に隣接する本発明のデュアルワークピース加熱装置（例えば、図１２（ａ）に示される加熱装置２４５）にロードされ、そこでは、ベアリングレースは装置２４５にロードされ、誘導加熱され、オーステナイト化され、装置２４５からアンロードされる。２つの加熱とオーステナイト化されたワークピースベアリング１００ｚは、焼入れテーブルステーション３３２にあり、そこでそれらは、焼入れタンク７０内の焼入れ剤７０ａ（図では点刻された焼入れ剤表面積として示される）で焼入れされる。回転テーブルは、テーブルステーション３３１からテーブルステーション３３２、テーブルステーション３３３まで、一度に２つのワークピースベアリングをガイドする。本発明のいくつかの実施形態では、補助スプレー焼入れ装置（図には示されていない）が、ヒートテーブルステーション３３１と焼入れテーブルステーション３３２との間に設置され、これら２つのステーション間の輸送中にワークピースのオーステナイト化されたベアリングレース特徴部分を焼入れする。補助的なスプレー焼入れ装置は、静止又は攪拌された液体焼入れ剤を提供するために、図１０（ｃ）のスプレー焼入れブロック７２と同様であり得る。本発明の他の実施形態では、加熱又は焼入れ、あるいは加熱及び焼入れのための複数のテーブルステーションが提供される。本発明の他の実施形態では、回転テーブルは、水平に向けられているか、又は水平又は垂直から斜めの角度に向けられている。ベアリングレースの特徴は、回転テーブルの加熱装置内で静止している間に加熱するか、又は当技術分野で知られているように、回転アクチュエータなどの従来の回転装置によって回転させることができる。本発明の他の実施形態では、シャトル装置を使用して、回転テーブルの機能を実行して、ワークピースベアリングを異なるプロセス位置間で輸送する（例えば、加熱から焼入れ、ロード及びアンロード位置に）。

【0087】

図１７（ａ）は、ベアリングコンポーネント上の複数のベアリング特徴部分と、少なくとも２つの位相ロック出力１６１及び１６２を含む交流（ＡＣ）電源１６０ａを同時に加熱するためのスプリットインダクタアセンブリを有する分割マルチコイル電気誘導加熱システムを含む、本発明の別の態様を図式的に示している。半導体技術に基づいて製造された電気デバイス（例えば、サイリスタベース又はトランジスタベースのＡＣ電源）を含むがこれらに限定されない、当技術分野で知られている任意のＡＣ電源は、それらは少なくとも２つの位相ロック出力１６１及び１６２を有するものであれば、ＡＣ電源１６０ａとしての使用に適している。

【0088】

スプリットインダクタアセンブリは、ベアリングコンポーネントの加熱位置で分離可能な２つのマスターインダクタアセンブリで構成されている。第１のマスターインダクタ回路導体ネットワーク６ａ及び６ｂは、ＡＣ電源１６０ａの第１の位相ロック出力１６１を第１のマスター加熱インダクタ２１０に接続する（図１７（ａ）に示されるように）。第２のマスターインダクタ回路導体ネットワーク６ｃ及び６ｄは、ＡＣ電源１６０ａの第２の位相ロック出力１６２を第２のマスター加熱インダクタ２２０に接続する。

【0089】

ＡＣ電源１６０ａの出力のフェーズロック機能によって、第１のマスター加熱インダクタ２１０における瞬時インダクタ電流の流れ及び第２のマスター加熱インダクタ２２０における瞬時電流の流れは、図１７（ｂ）の電流波形によって示されるように、反対方向に向けることができ、又は、第１のマスター加熱インダクタ２１０における瞬時インダクタ電流の流れ及び第２のマスター加熱インダクタ２２０における瞬時電流の流れは、図１７（ｃ）の電流波形によって示されるように、同じ方向に向けることができる。したがって、ベアリング特徴部分の硬度パターン要件（例えば、図１（ｂ）に示されている中断されたベアリングレース硬度パターン又は図１（ｃ）に示されている中断のないベアリングレース硬度パターン）に応じて、本発明の代替的な実施形態によるＡＣ電源の出力のこの位相ロック機能は、第１のマスター加熱インダクタ２１０及び第２のマスター加熱インダクタ２２０における瞬時電流の望ましい方向を提供する（図５（ｃ）、図５（ｆ）又は図５（ｇ）に示されているものと同様）。

【0090】

ＡＣ電源１６０ａの少なくとも２つの位相ロック出力１６１及び１６２のそれぞれによって供給される電力、及び（したがって、加熱インダクタ２１０及び２２０のそれぞれに供給される電力）は、独立して制御される。これにより、図１（ｂ）に示すように、加熱された金属の質量の可能な差異を補正できる（転動体（ボールやローラーなど）がそれぞれ内側ベアリングレース１０１ａと１０２ａに接触する、ベアリング特徴部分又は領域のゾーン１０１と１０２を比較して）。

【0091】

複数の出力１６１及び１６２の位相ロック機能を備えた単一のＡＣ電源１６０ａを使用するための代替アプローチとして、上記の明細書の教示から利益を受ける当業者は、上記の単一のＡＣ電源１６０ａを使用する代わりに、出力電力の位相ロック機能を備えた２つの異なるＡＣ電源を使用することができる。この修正は、本発明の範囲から逸脱するものではない。

【0092】

マスターパッシブ設計コンセプト（例えば、図５（ｃ）又は図１２（ａ））は、従来のそれほど複雑でないＡＣ電源１６０を必要とするため、より複雑なＡＣ電源１６０ａと比較して、より費用効果の高いアプローチであるが、特定の条件下では、少なくとも２つの位相ロック出力１６１及び１６２を含むＡＣ電源１６０ａの使用は、特定のプロセスの利点を示すことが有益かつ好ましい場合がある。これらの条件には、より高い周波数（例えば、７０ｋＨｚ～６００ｋＨｚの範囲の周波数）の用途が含まれるが、これらに限定されない。代わりに、又はこれらの条件に加えて、同時に加熱する必要のある金属の質量に大きな違いがある用途が含まれる（上記の質量の違いは、硬化が必要なベアリング特徴部分の形状の対応する違いに関連している場合がある（図１（ｂ）に示すように、転動体はそれぞれ内側ベアリングレース１０１ａ及び１０２ａに接触する、ベアリング特徴部分又は領域のゾーン１０１と１０２を比較する）。代わりに、又はこれらの条件に加えて、ベアリングコンポーネントが、同時に熱処理する必要があり、実質的に異なる形状を有する３つ以上のベアリング特徴部分で構成される用途が含まれる。代わりに、又はこれらの条件に加えて、ベアリングコンポーネントが、中断された硬度パターンと中断のない硬度パターンの組み合わせを示す、複数のベアリング特徴部分で構成される用途が含まれる。これらは、複数のマスターインダクタ（例えば、ＦＩＧ１７（ａ）など）を備えた誘導加熱システムの使用が好ましい可能性のあるいくつかの例示的なケースにすぎない。

【0093】

図１８は、少なくとも２つの二次巻線２２２ｂ及び２２２ｃを有する出力トランス２２２の一次巻線２２２ａに接続された単一の出力を有する従来のＡＣ電源１６０を含み、ベアリングコンポーネント上の複数のベアリング特徴部分を同時に加熱するためのスプリットインダクタアセンブリを有する分割マルチコイル電気誘導加熱システムを含む、本発明の別の態様を図式的に示している。二次巻線２２２ｂ及び２２２ｃは、出力トランス２２２の対応する出力１６１ａと１６２ａ、及び対応するマスターインダクタ回路導体ネットワーク６ａ～６ｂと６ｃ～６ｄを介して、２つの対応するマスターインダクタ２１０及び２２０に接続される。

【0094】

第１のマスターインダクタ回路導体ネットワーク６ａ及び６ｂは、トランス１２２の第１の出力１６１ａ及び第１のマスター加熱インダクタ２１０を接続する。第２のマスターインダクタ回路導体ネットワーク６ｃ及び６ｄは、トランス１２２の第２の出力１６２ａ及び第２のマスター加熱インダクタ２２０を接続する（図１８を参照）。

【0095】

２つのマスターインダクタ回路導体ネットワーク６ａ～６ｂ及び６ｃ～６ｄのそれぞれは、当技術分野で知られており、業界で一般的に使用されているサイリスタベース又はサイリスタベースのＡＣレギュレータなどの標準的な電力制御デバイス（図１８には表示されていない）で構成され得、加熱インダクタ２１０及び２２０のそれぞれに独立して供給される電力の調整を可能にする。

【0096】

トランス２２２の二次巻線２２２ｂと２２２ｃの相対的な構成を相互に変更することによって、加熱インダクタ２１０及び２２０に流れる瞬時電流を、互いに同じ方向又は反対方向に向けることが可能である（必要な硬度パターンを得るために望ましいものであれば）。中断された硬度パターンが必要な用途では（例えば、図１（ｂ）に示すように）、加熱インダクタ２１０及び２２０に流れる瞬時電流が反対方向に向けられるように、トランス２２２の二次巻線２２２ｂ及び２２２ｃを構成することが有利である。対照的に、中断のない硬度パターンが必要な場合（例えば、図１（ｃ）に示すように）、加熱インダクタ２１０及び２２０に流れる瞬時電流が同じ方向に向けられるように、トランス２２２の二次巻線２２２ｂ及び２２２ｃを構成することが有利である。

【0097】

マスターパッシブ設計コンセプト（例えば、図５（ｃ）及び図１２（ａ））は、より費用効果が高く、比較的単純な設計であるため、特定の構成の少なくとも２つの２次巻線を持つトランス２２２を使用する必要はないが、特定の条件下では、図１８に示される回路の使用は、特定のプロセスの利点を示す場合がある。これらの条件には、低周波数及び中周波数（５００Ｈｚ～６ｋＨｚの範囲など）の用途が含まれるが、これらに限定されない。代わりに、又はこれらの条件に加えて、かなり深い硬度層深度が必要な用途が含まれる（例えば深さ３ｍｍ～９ｍｍの硬度層深度）。これらの条件に代えて又は加えて、同時に加熱する必要のある多量の金属の実質的な相違を提示する用途を含む（これは、図１（ｂ）に示すように、転動体はそれぞれ内側ベアリングレース１０１ａ及び１０２ａに接触する、ベアリング特徴部分又は領域のゾーン１０１と１０２など、硬化が必要なベアリング特徴部分の形状の対応する違いに関連している）。これらは、図１８に示されている誘導加熱システムの使用が有益であり得るいくつかの例示的なケースにすぎない。

【0098】

本発明の上記の実施形態では、シングルターンインダクタが利用される。本発明の代替の実施形態では、２つ以上のターン誘導コイルが利用される（例えば、特定の用途に応じて、マルチターンアクティブコイル及びマルチターンパッシブコイルもまた、シングルターンインダクタスタイルの代わりに使用され得る）。

【0099】

本発明の上記の実施形態では、コイル銅丸管がマスターコイル及びパッシブコイルに利用されている。本発明の代替の実施形態では、他のコイル構成が、プロファイルされたコイル銅を含む特定の用途で使用される。

【0100】

特定の幾何学的形状の上記で特定された磁束コンセントレータ、例えば、Ｕ字型又はリング形状の磁束補償器は、特定の用途に必要に応じて、代替的な幾何学的形状であり得、又は他の形状の磁束コンセントレータから組み立てられ得る。

【0101】

オーステナイト化のために薄肉ベアリング部品の内面（内側レース）を加熱する場合、熱サイクル全体又は熱サイクルの一部で外面のスプレー焼入れを行うことができる。これは、薄肉ベアリング部品を熱処理する際の硬化又は過度の硬化深さによる防止（必要な場合）に役立つ。同様に、外面（外側レース）を加熱する際の硬化又は過度の硬化防止のために（必要な場合）、内面にスプレー焼入れを適用することができる。

【0102】

誘導加熱処理装置及び方法の代替の実施形態は、熱処理されるベアリングレース表面又はレース領域が内部ベアリングレース以外である用途（例として、限定的ではないが、例えば、図１（ｄ）及び図１（ｅ）のベアリングレースに示されている外側ベアリングレース及びボールレースウェイ１００’）に適用される。本発明の他の実施形態、例えば、アウターベアリングレースでは、相補的なマスターインダクタコイル及びパッシブインダクタコイルは、加熱位置でアウターベアリングの周囲に外部に配置されるように構成することができる。

【0103】

本発明は、好ましい例及び実施形態に関して説明されてきた。明示的に述べられたものを除いて、同等物、代替物、及び修正が可能であり、本発明の範囲内である。本明細書の教示の利益を有する当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、それに修正を加えることができる。

【図1(a)】

【図1(b)】

【図1(c)】

【図1(d)】

【図1(e)】

【図1(f)】

【図1(g)】

【図1(h)】

【図1(i)】

【図1(j)】

【図1(k)】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図2(c)】

【図2(d)】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図5e】

【図5f】

【図5g】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図8d】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14a】

【図14b】

【図14c】

【図15a】

【図15b】

【図15c】

【図16(a)】

【図16(b)】

【図17】

【図18】