JP5473127B2

JP5473127B2 - 誘導加熱コイル

Info

Publication number: JP5473127B2
Application number: JP2009284838A
Authority: JP
Inventors: 力宮崎; 英司鈴木
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP2011129292A

Description

本発明は、各種ワークを誘導加熱する際に使用される誘導加熱コイルに関する。

一般的に、例えば平面視長方形状で板厚が０．５ｍｍ〜数ｍｍ程度の鋼板からなるワークの全面を焼入れしたり焼鈍しする場合、誘導加熱コイルを使用した高周波誘導加熱で行っている。この高周波誘導加熱は、誘導加熱コイルの内部にワークを水平に挿入配置した状態で、誘導加熱コイルにトランジスタインバータから所定周波数の高周波電流を供給し、ワークの表面に渦電流を誘起させることにより行っている。

従来、このような高周波誘導加熱に使用される誘導加熱コイルとしては、導体としての銅パイプを螺旋状に所定巻数巻回することにより、その両端部で所定のインダクタンスが得られるように略円筒形状に形成し、この誘導加熱コイルの両端部にトランジスタインバータから高周波電流が供給されるようになっている。なお、この種の誘導加熱コイルは、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特開２００８−６３６２７号公報実公平４−２７１１４号公報

しかしながら、このような誘導加熱コイルにあっては、ワークに所定の焼入れ品質等を得るため、両端部で所定のインダクタンスが得られるように、銅パイプを螺旋錠に所定回数巻回していることから、誘導加熱コイル自体の巻数に応じてインダクタンスが一義的に決まり、誘導加熱コイル自体のインダクタンスの微調整が困難で、例えば誘導加熱時に反り易い板状のワークの全面に均一な焼入れ品質を得るためには、誘導加熱コイルに供給される高周波電流を低くする等、加熱条件を一々調整する必要があり、誘導加熱作業自体が面倒になり易い。

また、誘導加熱コイル自体が１本の銅パイプを所定回数巻回することにより形成されているため、所定のインダクタンスを有する誘導加熱コイル自体に流れる電流値や電圧値が高くなって、例えば作業者が誘導加熱コイルに誤って触った際等に感電する虞がある等、安全性の面でも好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、並列接続された複数のコイル部の各インダクタンスを低くして、ワークに均一な加熱状態を容易に得ることができると共に、誘導加熱作業を安全に行うことが可能な誘導加熱コイルを提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、所定形状のワークを誘導加熱する際に使用される誘導加熱コイルであって、それぞれ軸方向に複数回巻回された複数のコイル部と、該各コイル部の両端部がそれぞれ電気的及び機械的に接続された一対の直線状導体と、を備え、前記複数のコイル部は、それぞれ銅の丸パイプを複数回同一形状で巻回し軸方向に連設することにより全体形状が筒形状を呈して同軸状に配置され、前記一対の直線状導体は、それぞれ長さが同一で両端部が閉塞された銅の角パイプにより形成されて所定間隔を有して平行に配置され、各直線状導体の一側面に所定間隔でかつ各直線状導体の長手方向でずらして複数の円形の連通孔をそれぞれ形成し、各直線状導体の長手方向で対応する一対の連通孔に前記複数のコイル部の両端部がそれぞれ連設状態でロー付けされて各コイル部が並列接続されることにより、前記直線状導体間のインダクタンスが所定に設定されると共に、前記直線状導体の一側面と反対側の側面の長手方向の中間位置に、前記各コイル部の両端部が接続される前記一対の連通孔と同様な方向に各直線状導体の長手方向にずらして連通孔をそれぞれを形成し、該連通孔に先端にホースコネクタがロー付けされて高周波電源に電気的に接続されるパイプがそれぞれロー付けされることにより、前記ホースコネクタから前記パイプ、直線状導体及び各コイル部に連通する冷却水流路がそれぞれ形成されると共に、前記高周波電源からの高周波電流が前記パイプ及び直線状導体を介して各コイル部に供給されることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記パイプが、絶縁板を介して圧接された一対の銅板を有するホルダーに電気的及び機械的に接続されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記一対の直線状導体が、連結部を介してその長さが調整可能に形成されることにより、前記コイル部の数の増減が可能に構成されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、所定回数巻回した複数のコイル部が同軸状に配置されて、略平行に配置された一対の直線状導体に並列状態で電気的及び機械的に接続されているため、並列接続されそのインダクタンスが低い複数のコイル部により誘導加熱コイル全体に所定のインダクタンスが得られて、各コイル部に流れる電流をバランス良く分散できて、ワークに均一な加熱状態を容易に得ることができると共に、低インダクタンスの各コイル部に流れる電流値を低くできて、誘導加熱作業の安全性を高めることができる。

また、複数のコイル部と一対の直線状導体の内部に冷却水流路が形成されて、高周波電源に接続されると共に冷却水供給装置に接続されているため、誘導加熱時の各コイル部の発熱を抑えて、加熱効率を向上させることができると共に、安全性を一層高めることができる。また、複数のコイル部の巻数が同一に設定されているため、例えば平坦なワークの全面を均一に誘導加熱できる。

さらに、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、一対の直線状導体が絶縁板と一対の銅板からなるホルダーに電気的及び機械的に接続されているため、誘導加熱コイルをユニット化できて、ホルダーを高周波電源の出力端子に接続固定することで、誘導加熱コイルを所定位置に確実かつ容易に設置できて、その使い勝手を向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、一対の直線状導体が連結部を介してその長さが調整可能に形成されて、コイル部の数の増減が可能となっているため、ワークの長さ等に応じてコイル部を簡単に増設できて、誘導加熱コイルの汎用性の向上と使い勝手を一層向上させることができる。

本発明に係わる誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図同その正面図同平面図同側面図同等価回路図本発明に係わる誘導加熱コイルの他の実施形態を示す平面図同図６のＡ−Ａ線矢視図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明に係わる誘導加熱コイルの一実施形態を示している。図１〜図４に示すように、誘導加熱コイル１は、所定間隔を有して平行に配置された一対の直線状導体２ａ、２ｂと、両端部が前記直線状導体２ａ、２ｂにそれぞれ固定された複数個（図では４個）のコイル部３ａ〜３ｄを有している。前記一対の直線状導体２ａ、２ｂは、長さが同一な銅の角形のパイプにより形成されて、同一平面上で所定間隔を有して平行に配置されている。

また、前記コイル部３ａ〜３ｄは、銅の丸形のパイプを平面視で矩形形状に所定回数（図では３ターン）巻回することにより、各コイル部３ａ〜３ｄの全体形状が略角筒形状に形成され、各パイプの外周面には、必要に応じて絶縁チューブが被せられたり絶縁塗料が塗布されて、絶縁処理されている。そして、この各コイル部３ａ〜３ｄの両端部が直線状導体２ａ、２ｂ方向に引き出されて、各導体２ａ、２ｂの一側面に垂直状態でその端部がロー付けされて機械的に支持されることにより、各コイル部３ａ〜３ｄが同軸となるように設定されている。

また、前記直線状導体２ａ、２ｂは、図２に示すように、その内部に冷却水流路４が形成されると共にその両端部が閉塞されており、また、前記各コイル部３ａ〜３ｄは、図３に示すように、その内部に冷却水流路５が形成されると共にその端部が開放されている。この一方の直線状導体２ａと各コイル部３ａ〜３ｄの一方の端部及び他方の直線状導体２ｂと各コイル部３ａ〜３ｄの他方の端部が、各直線状導体２ａ、２ｂの一側面に設けた円形の連通孔６（図２参照）により、内部の冷却水流路４、５が連通状態とされている。

さらに、前記直線状導体２ａ、２ｂの各コイル部３ａ〜３ｄがロー付けされた側と反対側の側面の、長手方向の略中間位置で長手方向で重ならない位置には、円形の連通孔（図示せず）が形成され、この連通孔には、先端に導電性のホースコネクタ７ａ、７ｂがロー付けされた銅の丸形のパイプ８ａ、８ｂがロー付けされている。これにより、ホースコネクタ７ａ、７ｂから、パイプ８ａ、８ｂ、冷却水流路４、５に連通する冷却水の循環流路が形成されている。

そして、図２に示すように、前記各コイル部３ａ〜３ｄの両端部が、直線状導体２ａ、２ｂ、パイプ６ａ、６ｂ、ホースコネクタ７ａ、７ｂを介して、高周波電源としての誘導加熱装置９のトランジスタインバータ１０に、例えば可撓性ケーブル１１を介して電気的に接続されると共に、ホースコネクタ７ａ、７ｂがチューブ１３を介して誘導加装置９の冷却水供給装置１２に接続されている。このとき、前記可撓性ケーブル１１とチューブ１３は一体化されており、また、冷却水供給装置１２とトランジスタインバータ１０も一体化されることにより、前記誘導加熱コイル１が装着される誘導加熱装置９の小型化が図られている。

前記誘導加熱コイル１は、４個のコイル部３ａ〜３ｄの両端部が一対の直線状導体２ａ、２ｂにそれぞれ機械的及び電気的に接続されることにより、図５（ａ）に示すように、各コイル部３ａ〜３ｄが並列接続されており、誘導加熱コイル１のインダクタンスをＬとした場合、各コイル部３ａ〜３ｄのインダクタンスＬ１が１／４Ｌとなり、各コイル部３ａ〜３ｄのインダクタンスＬ１が小さく設定されている。

次に、前記誘導加熱コイル１の動作について説明する。先ず、例えば板状のワークの形態に応じて、ワークに所望の焼入れや焼鈍し品質を得るための誘導加熱コイル１のインダクタンスＬを設定し、このインダクタンスＬに応じて、各コイル部３ａ〜３ｄのインダクタンスＬ１を１／４Ｌに設定する。そして、この誘導加熱コイル１を誘導加熱装置９に装着し、各コイル部３ａ〜３ｄ内に板状のワークを水平状態で配置し、誘導加熱装置９のトランジスタインバータ１０を作動させて、誘導加熱コイル１の各コイル部３ａ〜３ｄに、所定周波数で所定出力の高周波電流を供給する。

この誘導加熱コイル１に供給される高周波電流は、同一のインダクタンスＬ１の各コイル部３ａ〜３ｄが並列接続されていることから、各コイル部３ａ〜３ｄに供給される電流がバランス良く分散された状態となり、その電圧値（電流値）自体も低くなり、感電等の虞を回避できることになる。そして、各コイル部３ａ〜３ｄに供給される高周波電流により、ワークに渦電流が誘起されてワークが誘導加熱され、このとき、各コイル部３ａ〜３ｄに同一の高周波電流がバランス良く供給されることから、ワークの全面が均一に誘導加熱されて、板状のワークが反ることもなくワークの全面に例えば良好な焼入れ品質を得ることが可能になる。

なお、誘導加熱コイル１への高周波電流の供給時に、前記冷却水供給装置１２が作動して、各コイル部３ａ〜３ｄ内に冷却水が循環供給されて、各コイル部３ａ〜３ｄの発熱が抑えられ、加熱効率の低下が抑制されるようになっている。つまり、前記誘導加熱コイル１の場合、一対の直線状導体２ａ、２ｂに４個のコイル部３ａ〜３ｄを並列接続することにより、各コイル部３ａ〜３ｄのインダクタンスＬ１を低くすると共に、各コイル部３ａ〜３ｄにその電流値を低くした高周波電流をバランス良く流して、ワークに均一な加熱状態が得られることになる。

このように、前記誘導加熱コイル１によれば、所定回数巻回した４個のコイル部３ａ〜３ｄが同軸状に配置されて、略平行に配置された一対の直線状導体２ａ、２ｂに並列状態で電気的及び機械的に接続されているため、並列接続されたコイル部３ａ〜３ｄにより誘導加熱コイル１に所定のインダクタンスＬが得られて、各コイル部３ａ〜３ｄのインダクタンスＬ１を低くすることができる。その結果、各コイル部３ａ〜３ｄに高周波電流をバランス良く分散できて、ワークに均一な加熱状態を容易に得ることができる。特に、複数のコイル部３ａ〜３ｄの巻数が同一に設定されていることから、例えば板状で平坦なワークであってもその全面を一層均一に誘導加熱することができる。

また、各コイル部３ａ〜３ｄの低インダクタンス化により、各コイル部３ａ〜３ｄに流れる電流値を小さくしてその電圧値を低くできて、感電事故を防止できる等、誘導加熱作業の安全性を高めることができる。また、４個のコイル部３ａ〜３ｄと一対の直線状導体２ａ、２ｂの内部に冷却水流路４、５が形成されて、トランジスタインバータ１０に接続されると共に冷却水供給装置１２に接続されているため、誘導加熱時の各コイル部３ａ〜３ｄの発熱を抑えて、発熱による加熱効率の低下を防止できると共に、誘導加熱時のコイル部３ａ〜３ｄ自体の表面温度を低くできて、作業者の火傷を防止できる等、誘導加熱作業の安全性を一層高めることができる。

図６及び図７は、本発明に係わる誘導加熱コイルの他の実施形態を示している。以下、前記実施形態と同一部位には、同一符号を付して説明する。この実施形態の誘導加熱コイル１の特徴は、一対の直線状導体２ａ、２ｂをホルダー１４に接続することにより、誘導加熱コイル１をユニット化した点にある。すなわち、一対の直線状導体２ａ、２ｂの各コイル部３ａ〜３ｄがロー付けされる側面と反対側の側面の長手方向の略中間位置に、所定長さの銅のパイプ８ａ、８ｂの一端部をロー付けし、このパイプ８ａ、８ｂの他端部がホルダー１４に電気的及び機械的に接続（支持）されている。

このとき、ホルダー１４は、その外面に各パイプ８ａ、８ｂがロー付けされた一対の銅板１５ａ、１５ｂと、この銅板１５ａ、１５ｂ間に介装された絶縁板１６を有し、この銅板１５ａ、１５ｂと絶縁板１６とがナット１７により圧接状態で固定されている。また、パイプ８ａ、８ｂの先端部は、外側に９０度屈曲され、その端部に前記ホースコネクタ７ａ、７ｂがロー付けされている。そして、ホルダー１４がトランジスタインバータ１０の出力端子の一対の銅板で挟持されることにより、誘導加熱コイル１が誘導加熱装置９に装着され、また、誘導加熱装置９の出力端子からホルダー１４を取り外すことにより、誘導加熱コイル１の交換や修理が可能となっている。

この実施形態においても、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる他に、誘導加熱コイル１にホルダー１４が一体化されているため、ホルダー１４を誘導加熱装置９の出力端子に接続固定することで、誘導加熱コイル１を所定位置に確実かつ容易に設置できると共に、ワークの形態に応じた誘導加熱コイル１の交換等が可能となって、その使い勝手を向上させることができる。

なお、前記各実施形態においては、各コイル部３ａ〜３ｄが直線状導体２ａ、２ｂに予め所定個数固定されている場合について説明したが、例えば図７の二点鎖線で示すように、直線状導体２ａ、２ｂの端部に直線状導体２１ａ、２１ｂとコイル部２２を有する増設用コイル２０を連設することで、誘導加熱コイル１のコイル部を増設可能に構成しても良い。この場合は、直線状導体２ａ、２ｂの端部を開放させると共に、連結部としての角筒状の連結部材２３により誘導加熱コイル１の各直線状導体２ａ、２ｂと増設用コイル２０の各直線状導体２１ａ、２１ｂとを例えばロー付け等で連結すれば良い。

このように構成すれば、一対の直線状導体２ａ、２ｂが連結部材２３を介してその長さが調整されるため、コイル部の数の増減が可能となって、ワークの長さ等に応じてコイル部を簡単に増設できる等、誘導加熱コイル１の汎用性を向上させることができると共に使い勝手を一層向上させることができる。また、コイル部の増設により誘導加熱コイル１自体の軸方向の長さを長くすることができるため、長さの長いワークであっても、その全域を同時にかつ均一に誘導加熱できて、例えば誘導加熱コイル１を一々移動させつつ誘導加熱する必要がなくなり、誘導加熱作業を効率的に行うことも可能になる。

また、前記各実施形態においては、誘導加熱コイル１の各コイル部の数が４個でその各巻数が全て同一である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば図５（ｂ）に示すように、両側のコイル部３ａ、３ｄの巻数を多くしても良いし、逆に中央部のコイル部３ｂ、３ｃの巻数を多くしたり、あるいは、一方のコイル部３ａから他方のコイル部３ｄに向けて巻数を多くしたり小さくする等、各コイル部３ａ〜３ｄの巻数を所定に異ならせることもできる。このように構成すれば、ワークの形状に応じた巻数の設定（調整）が可能になり、軸方向に凹凸部を有するワークであっても、その全域を均一に誘導加熱することが可能になる。また、コイル部の数も４個に限らず、複数個であれば良い。

さらに、前記各実施形態における、各コイル部３ａ〜３ｄの形状も矩形状に限らず、例えば略円形や略三角形状等であっても良いし、前記パイプ８ａ、８ｂの引き出し方向も、ワークの形態や加熱位置に応じて直線状導体２ａ、２ｂの適宜側面から引き出すことができる。また、前記各実施形態における、直線状導体２ａ、２ｂやホルダー１４の形状も一例であって、例えば直線状導体２ａ、２ｂは全体として直線状（棒状）であれば良く、一部に曲線部を有する形状としたり、パイプ８ａ、８ｂとして角形を使用する等、本発明の各発明に係わる要旨を逸脱しない範囲において適宜の構成を採用することができる。

本発明は、例えばワークの焼入れ時に冷却手段として使用される冷却ジャケットが、各コイル部の全部もしくは一部に一体化された誘導加熱コイル等、ワークを誘導加熱する際に使用される全ての誘導加熱コイルに利用できる。

１・・・誘導加熱コイル、２ａ、２ｂ・・・直線状導体、３ａ〜３ｄ・・・コイル部、４、５・・・冷却水流路、６・・・連通孔、７ａ、７ｂ・・・ホースコネクタ、８ａ、８ｂ・・・パイプ、９・・・誘導加熱装置、１０・・・トランジスタインバータ、１１・・・可撓性ケーブル、１２・・・冷却水供給装置、１３・・・チューブ、１４・・・ホルダー、１５ａ、１５ｂ・・・銅板、１６・・・絶縁板、１７・・・ナット、２０・・・増設用加熱コイル、２１ａ、２１ｂ・・・直線状導体、２２・・・コイル部、２３・・・連結部材。

Claims

所定形状のワークを誘導加熱する際に使用される誘導加熱コイルであって、それぞれ軸方向に複数回巻回された複数のコイル部と、該各コイル部の両端部がそれぞれ電気的及び機械的に接続された一対の直線状導体と、を備え、
前記複数のコイル部は、それぞれ銅の丸パイプを複数回同一形状で巻回し軸方向に連設することにより全体形状が筒形状を呈して同軸状に配置され、
前記一対の直線状導体は、それぞれ長さが同一で両端部が閉塞された銅の角パイプにより形成されて所定間隔を有して平行に配置され、各直線状導体の一側面に所定間隔でかつ各直線状導体の長手方向でずらして複数の円形の連通孔をそれぞれ形成し、各直線状導体の長手方向で対応する一対の連通孔に前記複数のコイル部の両端部がそれぞれ連設状態でロー付けされて各コイル部が並列接続されることにより、前記直線状導体間のインダクタンスが所定に設定されると共に、
前記直線状導体の一側面と反対側の側面の長手方向の中間位置に、前記各コイル部の両端部が接続される前記一対の連通孔と同様な方向に各直線状導体の長手方向にずらして連通孔をそれぞれを形成し、該連通孔に先端にホースコネクタがロー付けされて高周波電源に電気的に接続されるパイプがそれぞれロー付けされることにより、前記ホースコネクタから前記パイプ、直線状導体及び各コイル部に連通する冷却水流路がそれぞれ形成されると共に、前記高周波電源からの高周波電流が前記パイプ及び直線状導体を介して各コイル部に供給されることを特徴とする誘導加熱コイル。
前記パイプは、絶縁板を介して圧接された一対の銅板を有するホルダーに電気的及び機械的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱コイル。
前記一対の直線状導体は、連結部を介してその長さが調整可能に形成されることにより、前記コイル部の数の増減が可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱コイル。