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概要
シャフトはエンジンの動力をタイヤの回転に伝えるための車軸等に用いられ、ねじれに強く十分な強度を持つ必要があります。また、他の部品との接合部は耐摩耗性を高めるため表面の硬度を増す必要がありますし、ねじれに対する強さおよび耐疲労性を得るためには内部の靭性は残す必要があります。表面硬化法のひとつである高周波焼入れであれば、高周波電源を用いることで表面のみを局所的、急速加熱することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率、かつ、ロットでの焼入れのばらつきも少ないなど多くのメリットがあるため、積極的に導入が進んでいます。
高周波の変動磁場により生じる渦電流はシャフトの表面に偏ります。また、温度上昇に伴い材料特性も大きく変わります。詳細な現象を解くためには有限要素法に基づく数値解析でシャフト内部の現象を扱う必要があります。
ここでは、コイル形状や通電条件（電源周波数、電流値）により目的の温度分布を得られるか否かを求めるため、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をします。
高周波の変動磁場により生じる渦電流はシャフトの表面に偏ります。また、温度上昇に伴い材料特性も大きく変わります。詳細な現象を解くためには有限要素法に基づく数値解析でシャフト内部の現象を扱う必要があります。
ここでは、コイル形状や通電条件（電源周波数、電流値）により目的の温度分布を得られるか否かを求めるため、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をします。
渦電流損失密度分布
シャフトに生じる渦電流損失密度分布を図1に示します。コイルにより生じた磁界によってシャフト表面に渦電流が発生します。誘導加熱によりキュリー温度を超えた箇所では、磁化特性が変化し比透磁率および電気伝導率が小さくなるため渦電流損失密度が小さくなります。
温度分布
シャフトの各時刻における温度分布を図2に示します。
図2から、シャフトを回転させることによって、コイルに面したシャフト表面が周方向で均一に加熱されていることがわかります。
図2から、シャフトを回転させることによって、コイルに面したシャフト表面が周方向で均一に加熱されていることがわかります。
