CN1668143B - 工件加热装置和工件加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工件加热装置和工件加热方法，通过高频感应进行加热时，当工件尺寸较大，为了一次性地对工件整体进行均匀加热，必须增加工件线圈的尺寸，或者增加输出功率，但是，增加尺寸受到设备的限制。另外，当输出源为一个，在工件形状不象管那样均匀的场合，加热温度容易产生差异。 工件加热装置(1)的高频感应加热部(3)按照一对工件线圈相互对置的方式设置，且分别接纳于线圈外壳(17、19)中。由于线圈外壳(17、19)通过设置于其下方的马达，分别可移动的方式构成，故可调整两侧的每个工件线圈和工件(W)之间的距离。另外，高频感应加热部(3)设置有多个，高频电源分别与其连接。

Description

工件加热装置和工件加热方法
技术领域
本发明涉及一种工件加热装置和工件加热方法，可均匀地加热尺寸较大，形状复杂的工件，并且可以防止产生过烧，烧坩现象。
背景技术
由于利用高频感应加热的场合，难于进行精细的温度调整，故在过去，只是用于逐个地对小型工件进行加热，或对管等的均匀形状的工件进行加热的场合。
但是，高频感应加热是对工件本身进行加热，因此，在利用高频感应加热对由粉末涂料处理过的涂敷品进行烘焙处理时，可从与工件接触的一侧的涂料开始进行加热，这样，涂膜牢固地固定于工件上。另外，具有不用通过脱脂处理，能够消散油分等的优点，并且由于不用从外部进行加热，故不需要干燥圆顶(dome)设备。
本申请人着眼于这些优点，已开发了采用高频感应加热的工件加热装置，在专利文献1，专利文献2中公开了其内容。
专利文献1：JP特开2002-126584号文献
专利文献2：JP特开2003-10737号文献
如果采用上述专利文献1，2中公开的工件加热装置，当工件尺寸较小时，即使工件个数为多个，仍可对其进行均匀加热。但是，当工件尺寸较大时，则为了一次性地对工件整体进行加热，必须增加工件线圈，增加输出功率，但是，增加整体尺寸受到设备方面的限制。另外，如果输出源为一个，工件形状为不是管那样均匀的场合，则具有加热温度容易产生差异的缺点。
于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种工件加热装置和工件加热方法，通过该装置和方法可将各种尺寸，形状的工件，按照多个连续的方式进行处理，因此通用性较高。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种工件加热装置，其设置有多个高频感应加热部，该高频感应加热部包括，相互对置地设置的一对工件线圈；调整每个工件线圈与位于上述一对工件线圈间的工件之间距离的距离调整机构；调整上述工件线圈的高频输出功率的输出功率调整机构。
本发明的第二方面涉及一种采用本发明的第一方面所述的工件加热装置的工件加热方法，其在于高频感应加热部的一对工件线圈之间，连续地运送工件的同时，对其进行加热。
本发明的第三方面涉及本发明的第二方面所述的工件加热方法，其为针对工件预先分析该工件的多个部位的加热状态，根据分析结果，使工件处于可均匀加热的状态，针对每个工件线圈，获得工件线圈和工件之间的距离信息，以及工件线圈的输出功率信息，根据以上得到的信息，调整每个工件线圈和工件之间的距离以及工件线圈的输出功率，同时对工件进行加热。
本发明的第四方面涉及第二方面或第三方面所述的工件加热方法，其在高频感应加热部中，设置测定工件的温度的温度计，根据来自上述温度计的温度信息，调整距离和/或高频输出。
如果采用本发明的工件加热装置和工件加热方法，则即使在打算连续地对多个工件进行处理的情况下，仍可通过根据工件(W)的尺寸、形状，控制工件线圈的形状以及位置，从而达到加热均匀的目的。
如果将本发明的工件加热装置和工件加热方法用于粉末涂敷件的烘焙处理(后处理)，不需要脱脂处理，并且不用从外部进行加热，这样，也不需要干燥圆顶(dome)设备。
特别是，即使在象进行静电涂敷的场合那样，涂膜较薄那样的情况下，仍可制造良好的制品。可根据工件(W)的尺寸、形状，控制工件线圈的形状、位置，从而达到均匀加热的目的。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的工件加热装置的透视图；
图2为图1的工件加热装置的高频感应加热部的局部剖开的透视图；
图3为图1的工件加热装置的工件线圈的透视图；
图4为图2的高频感应加热部的剖视图；
图5为图2的高频感应加热部的驱动部的透视图；
图6为图2的高频感应加热部的移动状态的说明图；
图7为通过图1的工件吊架悬吊工件的方法的说明图；
图8为说明图1的工件加热装置的控制系统的图；
图9为采用图1的工件加热装置的工件加热方法的说明图；
图10为沿图9的局部放大图；
图11为图9的平面图；
图12为本发明的第二实施例的高频引导加热部的透视图。
标号的说明
标号1表示工件加热装置；
标号3表示高频感应加热部；
标号5、7表示工件线圈；
标号9表示铜管；
标号11表示螺旋部；
标号13表示底部；
标号15表示活动性通电冷却软管；
标号17、19表示线圈外壳；
标号21表示顶面；
标号23表示侧面；
标号25表示背面；
标号27，29表示防止接触盖；
标号31、33、35表示隔板；
标号37、39表示螺母；
标号41、43表示开口；
标号45、47表示滑动件；
标号51、53表示导轨；
标号59表示开闭马达；
标号60表示皮带；
标号61表示开闭螺钉；
标号63表示轴承；
标号65表示支承体；
标号67表示螺母；
标号69表示中心移动马达；
标号70表示装置安装基座；
标号71表示移动螺钉；
标号73表示高频电源；
标号75表示辐射温度计；
标号77表示工件吊架；
标号79表示撑杆；
标号81表示臂安装杆；
标号83表示吊臂；
标号85，87表示钩扣部；
标号89表示小附件(tag)；
标号91表示控制部；
标号101表示高频感应加热部；
标号103、105表示工件线圈；
标号W表示工件。
具体实施方式
下面根据图1～图12，对本发明的第一实施例的工件加热装置1进行描述。
标号3表示高频感应加热部，该高频感应加热部3包括相互对置地设置的一对工件线圈5、7。
象图2，图3所示的那样，该对工件线圈5、7由两个螺旋部构成，该螺旋部通过将由导电性材料构成的一根铜管9卷绕而形成。由于在该螺旋部的中间部分，涡流电相互抵消，因此降低输出功率，故螺旋线圈(P)相对于周边部窄。
由中间部分连接构成工件线圈5、7的两个螺旋部，切断去除工件线圈的两端部，以活动性通电冷却软管15连接。
如果象上述这样形成，则由于象图2所示的那样，工件线圈5、7通过一根活动性通电冷却软管15连接，故用于接纳空间较小的场合。
活动性通电冷却软管15由具有柔性的通水软管16，呈螺旋状卷绕在该通水软管16的周围的高频电流耦合用的具有柔性的铜绞合线18构成。于是，在工件线圈5、7中，冷却水的流通路与电流电路连接成一体。另外，象上述那样，由于活动性通电冷却软管15由具有柔性的部件构成，故工件线圈5、7在相互接近或相互离开的方向上移动。
标号17、19表示一对纵长的线圈外壳，该线圈外壳17、19按照相互对置的方式设置。在该线圈外壳17、19中，以分别垂直立起的姿势接纳有工件线圈5、7。
线圈外壳17、19的顶面21，侧面23和背面25由铜板构成，以便进行高频屏蔽。另外，相互对置的前面由防止接触盖(ケミット板)27，29覆盖，以便防止工件线圈5、7与工件(W)之间接触。
在线圈外壳17、19的前面的底部，设置有倒U型的隔板体31、33、35。该隔板体31、33、35均由铜板构成，以便实现高频屏蔽。隔板体31的左端部固定于线圈外壳17上，隔板体33的右端部固定于线圈外壳19上。隔板体35按照可滑动的方式与隔板体31、33卡合。
通过隔板体31、33、35，可对后述的马达59等的驱动部实现高频屏蔽。
在隔板体31、33的下方，分别设置有板状的螺母37、39。该螺母37的底端部固定于线圈外壳17上，侧部固定于隔板体31上。螺母39的底端部固定于线圈外壳19上，侧部固定于隔板体33上。
螺母37、39按照形成相反的螺纹关系的方式构成。
在隔板31、33和螺母37、39之间，分别形成有开口41、43，以便使活动性通电冷却软管15通过。
在线圈外壳17、19的底面，分别安装有滑动件45、47。标号49表示装置安装基座，在该装置安装基座49上，安装有导轨51、53。在该导轨51、53上，分别以可滑动的方式卡合有滑动件45、47。
标号59表示开闭马达，在该开闭马达59上，通过皮带60而连接有开闭螺钉61。该开闭螺钉61和螺母37、39分别螺合。
如果驱动开闭马达59，则由线圈外壳17(包括防止接触盖27)，隔板31和工件线圈5形成的一体组件，与由线圈外壳19(包括接触防止盖29)，隔板33和工件线圈7形成的一体组件沿相互接近或相互离开的方向上移动。于是，改变工件线圈5、7之间的距离(D)。
标号65表示方形的支承体，该支承体65的一端部朝向下方，垂直地弯曲。开闭马达59和开闭螺纹61的轴承63固定于该支承体65上。在支承体65的弯曲部上形成螺母67。
标号69表示中心移动马达，该中心移动马达69固定于装置安装基座47上。在中心移动马达69上连接移动螺钉71，该移动螺钉71与螺母67螺合。
如果驱动中心移动马达69，支承体65移动，轴承63，开闭螺钉61和开闭马达59也与支承体65同时移动，由此，在使工件线圈5、7之间的距离(D)保持一定的同时，使线圈外壳17、19沿图4所示的箭头方向移动。即，移动工件线圈5、7之间的中心线(C)。
相互独立地驱动两个开闭马达59和中心移动马达69，由此，可改变工件线圈5、7之间的距离(D)，与工件(W)和工件线圈5之间的最短距离(d(r)，以及与工件线圈7之间的最短距离(d(1))。
图6(1)表示驱动开闭马达59，工件线圈5、7之间的距离增加的状态。图6(2)表示在之后进一步驱动中心移动马达69的状态。
图6(1)与(2)的工件线圈5、7之间的距离(D1)与(D2)是相同的，相对图6(1)的中心线(C1)，图6(2)的中心线(C2)位于右侧。
在构成该高频感应加热部3的工件线圈5、7的铜管9的两端部，与后述的商用的高频电源73实现电流耦合。在该高频电源73上，还连接有图中未示出的冷却水的循环组件。
在工件加热装置1中，设置三台上述结构的高频感应加热部3，为了区别，按照从左起的顺序，分别称为No.1线圈，No.2线圈，No.3线圈。
在该No.1线圈，No.2线圈，No.3线圈的相应工件线圈5和工件线圈7之间为运送工件(W)的运送通路。
标号75表示非接触型的辐射温度计，该辐射温度计75设置于No.2线圈和No.3线圈之间。
象根据上面而知道的那样，距离调整机构由工件线圈5、7的开闭移动机构，与工件线圈5、7的一体水平移动机构构成，该开闭移动机构包含开闭马达59，开闭螺钉61，螺母37、39，该一体水平移动机构包含中心移动马达69，移动螺钉71，支承体65，螺母67。输出调整机构包含高频电源73。
标号77表示工件吊架，该工件吊架77按照适合于工件(W)的形状，悬吊的工件(W)的数量的方式设计。在该工件吊架77中，由导电性部件(铜)构成的方管状的撑杆79按照一定间距而设置，在各撑杆79上，沿上下方向以一定间距，固定有臂安装杆81。
标号83、84表示U字形的吊臂，每次一个地安装于臂安装杆81的两侧。
象图7所示的那样，在吊臂83的前端，设置有棱锥状的钩扣部85，87。在工件(W)的两侧的顶部，分别形成有孔88。通过将吊臂83、84穿过该孔88，将工件(W)悬吊于工件吊架77上。
工件吊架77按照可通过专利文献1，2所示的那样的吊架运送机构运送的方式构成。
下面根据图8，对控制系统进行描述。
标号89表示作为可改写数据的记录媒体的小附件(tag)，该小附件(tag)89以可装卸的方式安装于设在工件吊架77的撑杆79上的安装部90上。在小附件(tag)89中，记录有工件(W)的型号。
标号91表示控制部(控制器)，在该控制部91，连接有No.1线圈，No.2线圈，No.3线圈的相应的高频电源73。另外，还连接有开闭马达59，中心移动马达69的图中未示出的驱动电源。此外，还连接有辐射温度计75。
在控制部91上，设置有用于读取小附件(tag)89的数据的图中未示出的读取部。
如果控制部91从小附件(tag)89，读取工件(W)的型号，则根据预先获得的数据文件，读出与该工件(W)相对应的No.1线圈，No.2线圈，No.3线圈的相应的高频电源73的输出信息，开闭马达59，中心移动马达69的驱动信息，对其进行相应控制。
另外，如果获得来自辐射温度计75的温度信息，则与此相对应，调整No.3线圈的高频输出。
下面对上述工件加热装置1的使用方法进行描述。
首先，在实际上对工件(W)进行加热之前，在与工件(W)相同的形状的工件(W)的多个部位，设置热电耦等的温度计，然后，将其运送给工件加热装置1，分析每个部位的加热状态。
根据该结果，按照形成对工件(W)均匀地加热的状态的方式，针对高频感应加热部3的No.1～No.3中的每个，适当地设定工件线圈5、7之间的距离，工件(W)与工件线圈5之间的距离，工件(W)与工件线圈7之间的距离，以及输出。
调整的基本方针利用下面的观点。
(1)可按照减小工件线圈5、7之间的距离(D)和/或增加高频输出的程度，提高工件(W)的温度，与此相反，可按照扩大距离(D)和/或减小高频输出的程度，减小工件(W)的温度。
(2)通过调整对置的工件线圈5、7与工件(W)的各部位之间的最短距离(d(r)、d(1))，即使在工件(W)象导轨格栅那样弯曲状部件(异形件)的情况下，仍可减小各部位的温度差。
另外，如果减小工件(W)的运送速度，则可提高工件(W)的温度，如果相反地增加该速度，则可降低工件(W)的温度。
实际上，作为工件(W)，采用图1，图9～图11所示的横长的导轨格栅(未涂敷，板厚为4毫米，横长(T)为1000毫米)，象图1所示的那样，多个工件(W)悬吊于工件吊架77上。此时，工件(W)的左右邻接的间距(G)为100毫米。另外，线圈No.1～No.3为相同的尺寸(运送方向的长度(L)为300毫米)的工件每次按照300毫米间隔开而并排地使用。
通过在工件(W)的A，B，C的部位，设置热电耦，在按照各种程度改变工件线圈的距离(D)，高频输出的条件的同时，使图1和图11的箭头方向连续地运送。另外，分析工件(W)从高频感应加热部3排出后的，各部位的加热状态(最高温度)。
另外，在仅仅将一个工件(W)悬吊于工件吊架77上的场合，与将多个工件(W)悬吊的场合，温度变化。于是，即使在上述试验情况下，对应于实际操作，悬吊多个工件(W)，针对每个试验工件，测定温度，下述的表只不过给出一个实例。
测定结果如下所述。
表1运送速度：0.8米/分钟
  No.1   No.2   No.3
  D(毫米)   185   左相同   左相同
  d(r)(毫米)   55   左相同   左相同
  d(l)(毫米)   55   左相同   左相同
  高频输出(kW)   30   左相同   左相同
d(r)表示工件(W)与工件线圈7之间的最短距离，d(l)表示工件(W)与工件线圈5之间的最短距离。
表2横流
Figure G2005100538941D00091
入口平均温度：165℃，中间平均温度：213℃，出口平均温度：178℃，
入口与中央的温度差：48℃，中央与出口的温度差：35℃
根据上面的表知道，“入口”的温度比“中间”的温度低48℃，“出口”的温度比“中间”的温度低35℃。另外知道，“A”和“B”的温度差在入口侧为4℃，在中间部为14℃，在出口侧为15℃。
根据包括上述内容的多个试验结果，确认以下的事项。
(1)“入口”的温度比“中间”的温度低40～50℃，“出口”的温度比“中间”的温度低30～40℃。
(2)在“工件”(W)为导轨格栅这样的弯曲形状件，伴随A，B，C的各部位与工件线圈5、7之间的距离，最高温度的差可在10～20℃的范围内。
如果针对工件(W)的每个部位，加热温度有差异，则产生烘烧不均匀，涂膜强度降低。
于是，为了使加热温度均匀，相对上述确认事项，采用以下的对策。
(1)设置多个高频感应加热部3。
(2)在温度较低的入口侧和出口侧，减小工件线圈5、7之间的距离(D)，和/或增加高频输出功率。
(3)按照导轨格栅的形状，调整对置的工件线圈5、7与工件的各部位的距离。
具体按照下述的方式进行调整。
表3
在上述的条件下，No.1线圈与No.3线圈的位置在途中移动。
即，使工件(W)沿箭头方向运送，按照从前头方向，在进入到x(200毫米)之前，满足在进入距离x的下栏中记载的位置条件，另外，在进入到y(650毫米)之前，满足进入距离y的下栏中记载的位置条件，在通过y时，满足在进入距离x的下栏中记载的位置条件的方式，驱动开闭马达59和中心移动马达69。
另外，No.3的输出根据来自辐射温度计75的温度信息，进一步进行微调，由此，形成适合的最终温度。
图12表示第二实施例。
标号101表示高频感应加热部，该高频感应加热部101的特征在于一对工件线圈103、105沿上下方向对置地设置。工件(W)象球内的运送方向的剖视图那样，为顶面开口的箱形。由于在这样的形状的工件(W)中，必须的确进行上下的温度控制，以便均匀地进行加热，故在上下设置工件线圈103、105，调整其与高度方向的工件的距离。
以上，对本发明的实施例进行了描述，但是，本发明的具体结构不限于本实施例，即使在具有未脱离本发明的范围内的设计变更的情况下，仍包括在本发明中。
比如，在上述第一实施例中，工件线圈的距离，高频输出原则上，根据预先获得的信息而控制，但是，也可将温度计设置于多个部位，根据来自它们的温度信息，逐渐进行控制。
此外，也可在高频感应加热部的输出侧，设置温度计，将温度信息用作加热好的制品的品质评价信息。

Claims (7)

1.一种工件加热装置，其特征在于：
该装置设置有多个高频感应加热部，所述高频感应加热部还包括，
一对工件线圈，该工件线圈相互对置地设置；
距离调整机构，该距离调整机构调整每个工作线圈与工件之间的距离，所述工件位于一对工作线圈之间；
输出功率调整机构，该输出功率调整机构独立调整上述工件线圈的高频输出功率；
在每个高频感应加热部设定工件与各工件线圈之间的距离和输出功率，而且上述距离调整机构能够根据运送来的各工件进入装置的进入距离，变更工件与各工件线圈之间的距离设定。
2.根据权利要求1所述的工件加热装置，其特征在于，所述距离调整机构包括：
变更机构，所述变更机构包括开闭马达和中心移动马达，通过驱动所述开闭马达，使得一对工作线圈沿相互接近或相互离开的方向上移动，并通过所述中心移动马达，使得在一对工作线圈之间的距离保持一定的同时，移动该对工作线圈之间的中心线；
移动机构，一体移动一对工件线圈。
3.根据权利要求1或2所述的工件加热装置，其特征在于，所述每个高频感应加热部还包括控制距离调整机构和输出功率调整机构的控制部，所述控制部基于预先取得的信息来独立控制距离调整机构和输出功率调整机构。
4.根据权利要求3所述的工件加热装置，其特征在于，还设置有配置于相邻高频感应加热部的工件线圈之间、测定工件温度的温度计，所述控制部基于其温度信息，对于运送方向前方一侧的高频感应加热部的距离以及/或者高频输出功率进行微调。
5.一种采用权利要求1所述的工件加热装置的工件加热方法，其特征在于：在连续地运送多个工件的同时，对工件进行加热。
6.一种采用权利要求3所述的工件加热装置的工件加热方法，其特征在于：使用工件预先分析所述每个高频感应加热部的加热状态，根据分析结果，为了使工件处于可均匀加热的状态，获得每个高频感应加热部的工件线圈和工件之间的距离信息，以及工件线圈的输出功率信息，根据上述信息，控制部控制距离调整机构、输出功率调整机构，调整距离、高频输出功率，同时对工件进行加热。
7.一种采用权利要求4所述的工件加热装置的工件加热方法，其特征在于：根据来自于配置于相邻高频感应加热部的工件线圈之间、测定工件温度的温度计的温度信息，对于运送方向前方一侧的距离以及/或者高频输出功率进行微调。
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