JP2000012205A - 誘導加熱コイル - Google Patents
誘導加熱コイルInfo
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- JP2000012205A JP2000012205A JP10178838A JP17883898A JP2000012205A JP 2000012205 A JP2000012205 A JP 2000012205A JP 10178838 A JP10178838 A JP 10178838A JP 17883898 A JP17883898 A JP 17883898A JP 2000012205 A JP2000012205 A JP 2000012205A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被加熱物の平面部分を均一に加熱できる誘導加
熱コイルを提供する。 【解決手段】誘導加熱コイル１０の第５導体部２２及び
第９導体部３０それぞれの幅を、平面部分４２の幅より
も狭くした。また、第５導体部２２及び第９導体部３０
では、同時に同一方向に電流が流れるようにした。
熱コイルを提供する。 【解決手段】誘導加熱コイル１０の第５導体部２２及び
第９導体部３０それぞれの幅を、平面部分４２の幅より
も狭くした。また、第５導体部２２及び第９導体部３０
では、同時に同一方向に電流が流れるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱物の平面部
分を誘導加熱するための誘導加熱コイルに関する。
分を誘導加熱するための誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、誘導加熱を利用して鋼製部材
などの被加熱物の一部分を加熱し、加熱された一部分を
急冷して硬化させる高周波焼入れが広く使用されてい
る。被加熱物には様々な形状のものがあり、また、加熱
される一部分にも様々な形状のものがある。このような
一例として、被加熱物の平面部分を誘導加熱して急冷
し、硬化させる場合がある。
などの被加熱物の一部分を加熱し、加熱された一部分を
急冷して硬化させる高周波焼入れが広く使用されてい
る。被加熱物には様々な形状のものがあり、また、加熱
される一部分にも様々な形状のものがある。このような
一例として、被加熱物の平面部分を誘導加熱して急冷
し、硬化させる場合がある。
【０００３】被加熱物の平面部分を誘導加熱する際に
は、例えば、平面部分とほぼ同じ面積でこの平面部分に
向き合う導体部を有する誘導加熱コイルが使用される。
平面部分の面積が広い場合は、その広さに応じて導体部
の広い誘導加熱コイルが使用される。また、渦巻き状の
導体部を有するパンケーキ型コイルと呼ばれる誘導加熱
コイルを使用して平面部分を誘導加熱することもある。
は、例えば、平面部分とほぼ同じ面積でこの平面部分に
向き合う導体部を有する誘導加熱コイルが使用される。
平面部分の面積が広い場合は、その広さに応じて導体部
の広い誘導加熱コイルが使用される。また、渦巻き状の
導体部を有するパンケーキ型コイルと呼ばれる誘導加熱
コイルを使用して平面部分を誘導加熱することもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように平面部
分とほぼ同じ面積の導体部を有する誘導加熱コイルやパ
ンケーキ型の誘導加熱コイルを用いて被加熱物の平面部
分を誘導加熱して急冷した場合、平面部分の位置によっ
て硬さ分布にむらが生じるおそれがあることが、本発明
者によって判明した。このような硬さ分布のむらは、加
熱後の冷却法に何らかの問題がある場合があるので、冷
却法をいろいろ変えて工夫してみた。しかし、冷却法を
いろいろ変えても硬さ分布のむらを解決できなかった。
分とほぼ同じ面積の導体部を有する誘導加熱コイルやパ
ンケーキ型の誘導加熱コイルを用いて被加熱物の平面部
分を誘導加熱して急冷した場合、平面部分の位置によっ
て硬さ分布にむらが生じるおそれがあることが、本発明
者によって判明した。このような硬さ分布のむらは、加
熱後の冷却法に何らかの問題がある場合があるので、冷
却法をいろいろ変えて工夫してみた。しかし、冷却法を
いろいろ変えても硬さ分布のむらを解決できなかった。
【０００５】そこで、本発明者は、被加熱物の平面部分
を加熱する誘導加熱方法に問題があると考え、誘導加熱
方法について検討した。この結果、被加熱物の平面部分
とほぼ同じ面積の導体部を有する誘導加熱コイルを使用
した場合、導体部の幅方向両端部に流れる電流の密度が
幅方向中央部に流れる電流の密度よりも低く、被加熱物
の平面部分を均一に加熱できないおそれがあることが判
明した。また、パンケーキ型の誘導加熱コイルを使用し
た場合も同様に、被加熱物の平面部分を均一に加熱でき
ないおそれがあることが判明した。
を加熱する誘導加熱方法に問題があると考え、誘導加熱
方法について検討した。この結果、被加熱物の平面部分
とほぼ同じ面積の導体部を有する誘導加熱コイルを使用
した場合、導体部の幅方向両端部に流れる電流の密度が
幅方向中央部に流れる電流の密度よりも低く、被加熱物
の平面部分を均一に加熱できないおそれがあることが判
明した。また、パンケーキ型の誘導加熱コイルを使用し
た場合も同様に、被加熱物の平面部分を均一に加熱でき
ないおそれがあることが判明した。
【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、被加熱物の平
面部分を均一に加熱できる誘導加熱コイルを提供するこ
とを目的とする。
面部分を均一に加熱できる誘導加熱コイルを提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の誘導加熱コイルは、被加熱物の平面部
分を誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、 （１）それぞれが上記平面部分に向き合い、それぞれに
同一方向の電流が流れる並行な複数の導体部を有するこ
とを特徴とするものである。
の本発明の第１の誘導加熱コイルは、被加熱物の平面部
分を誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、 （１）それぞれが上記平面部分に向き合い、それぞれに
同一方向の電流が流れる並行な複数の導体部を有するこ
とを特徴とするものである。
【０００８】ここで、 （２）上記複数の導体部は、近接して同一方向に延びる
２つの導体部からなるものであってもよい。
２つの導体部からなるものであってもよい。
【０００９】また、上記目的を達成するための本発明の
第２の誘導加熱コイルは、被加熱物の平面部分を誘導加
熱するための誘導加熱コイルにおいて、 （３）所定方向に延びてリードを介して高周波電源に接
続される第１導体部 （４）この第１導体部の後端から上記所定方向に交差す
る方向に延びる第２導体部 （５）上記所定方向とは反対の方向であって上記第１導
体部の後端から離れる方向に上記第２導体部の後端から
延びる第３導体部 （６）この第３導体部の後端から略直角に折れ曲がっ
て、上記第２導体部の先端から離れる方向に延びる第４
導体部 （７）この第４導体部の後端から上記第３導体部に並行
に延びる、この第３導体部とほぼ同じ長さの第５導体部 （８）この第５導体部の後端から略直角に折れ曲がっ
て、上記第２導体部の後端から離れる方向に延びる第６
導体部 （９）この第６導体部の後端から上記第５導体部に並行
に延びる、上記第５導体部とほぼ同じ長さの第７導体部 （１０）この第７導体部の後端から略直角に折れ曲がっ
て、上記第４導体部の後端に近付く方向に延びる、上記
第４導体部とほぼ同じ長さの第８導体部 （１１）この第８導体部の後端から、上記第５導体部に
近接してこの第５導体部に並行に延びる、この第５導体
部とほぼ同じ長さの第９導体部 （１２）この第９導体部の後端から略直交して、上記第
１導体部の後端に近付く方向に延びる第１０導体部 （１３）この第１０導体部の後端から上記１導体部に並
行に延び、リードを介して上記高周波電源に接続される
第１１導体部 を備えたことを特徴とするものである。
第２の誘導加熱コイルは、被加熱物の平面部分を誘導加
熱するための誘導加熱コイルにおいて、 （３）所定方向に延びてリードを介して高周波電源に接
続される第１導体部 （４）この第１導体部の後端から上記所定方向に交差す
る方向に延びる第２導体部 （５）上記所定方向とは反対の方向であって上記第１導
体部の後端から離れる方向に上記第２導体部の後端から
延びる第３導体部 （６）この第３導体部の後端から略直角に折れ曲がっ
て、上記第２導体部の先端から離れる方向に延びる第４
導体部 （７）この第４導体部の後端から上記第３導体部に並行
に延びる、この第３導体部とほぼ同じ長さの第５導体部 （８）この第５導体部の後端から略直角に折れ曲がっ
て、上記第２導体部の後端から離れる方向に延びる第６
導体部 （９）この第６導体部の後端から上記第５導体部に並行
に延びる、上記第５導体部とほぼ同じ長さの第７導体部 （１０）この第７導体部の後端から略直角に折れ曲がっ
て、上記第４導体部の後端に近付く方向に延びる、上記
第４導体部とほぼ同じ長さの第８導体部 （１１）この第８導体部の後端から、上記第５導体部に
近接してこの第５導体部に並行に延びる、この第５導体
部とほぼ同じ長さの第９導体部 （１２）この第９導体部の後端から略直交して、上記第
１導体部の後端に近付く方向に延びる第１０導体部 （１３）この第１０導体部の後端から上記１導体部に並
行に延び、リードを介して上記高周波電源に接続される
第１１導体部 を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】ここで、本発明でいう平面部分とは、平ら
な面のみでなく、多少の凹凸がある平面的な部分や湾曲
した面も含む概念である。
な面のみでなく、多少の凹凸がある平面的な部分や湾曲
した面も含む概念である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。
施形態を説明する。
【００１２】図１、図２を参照して、本発明の誘導加熱
コイルの一実施形態を説明する。
コイルの一実施形態を説明する。
【００１３】図１は、一実施形態の誘導加熱コイルを示
す正面図であり、図２は、図１の誘導加熱コイルの側面
図である。また、誘導加熱コイルに示された矢印は、電
流の流れの一例を表わす。
す正面図であり、図２は、図１の誘導加熱コイルの側面
図である。また、誘導加熱コイルに示された矢印は、電
流の流れの一例を表わす。
【００１４】誘導加熱コイル１０は、矢印Ａ方向（本発
明にいう所定方向の一例である）に延びる第１導体部１
２を有している。この第１導体部１２は、リード１４を
介して高周波電源（図示せず）に接続されている。第１
導体部１２の後端１２ａからは、矢印Ａ方向に交差する
方向であって、図１の右斜め下方に向かって第２導体部
１６が延びている。第２導体部１６の後端１６ａから
は、矢印Ａ方向とは反対方向であって第１導体部１２の
後端１２ａから離れる方向に第３導体部１８が延びてい
る。第３導体部１８の後端１８ａからは略直角に折れ曲
がって、第２導体部１６の先端１６ｂから離れる方向に
第４導体部２０が延びている。
明にいう所定方向の一例である）に延びる第１導体部１
２を有している。この第１導体部１２は、リード１４を
介して高周波電源（図示せず）に接続されている。第１
導体部１２の後端１２ａからは、矢印Ａ方向に交差する
方向であって、図１の右斜め下方に向かって第２導体部
１６が延びている。第２導体部１６の後端１６ａから
は、矢印Ａ方向とは反対方向であって第１導体部１２の
後端１２ａから離れる方向に第３導体部１８が延びてい
る。第３導体部１８の後端１８ａからは略直角に折れ曲
がって、第２導体部１６の先端１６ｂから離れる方向に
第４導体部２０が延びている。
【００１５】第４導体部２０の後端２０ａからは第３導
体部１８に並行に第５導体部２２が延びており、この第
５導体部２２の長さは第３導体部１８の長さとほぼ同じ
である。第５導体部２２の後端２２ａからは略直角に折
れ曲がって第２導体部１６の後端１６ａから離れる方向
に第６導体部２４が延びている。この第６導体部２４の
後端２４ａからは第５導体部２２に並行に第７導体部２
６が延びており、この第７導体部２６の長さは第５導体
部２２の長さとほぼ同じである。第７導体部２６の後端
２６ａからは略直角に折れ曲がって、第４導体部２０の
後端２０ａに近付く方向に第８導体部２８が延びてお
り、この第８導体部２８の長さは、第４導体部２０の長
さとほぼ同じである。
体部１８に並行に第５導体部２２が延びており、この第
５導体部２２の長さは第３導体部１８の長さとほぼ同じ
である。第５導体部２２の後端２２ａからは略直角に折
れ曲がって第２導体部１６の後端１６ａから離れる方向
に第６導体部２４が延びている。この第６導体部２４の
後端２４ａからは第５導体部２２に並行に第７導体部２
６が延びており、この第７導体部２６の長さは第５導体
部２２の長さとほぼ同じである。第７導体部２６の後端
２６ａからは略直角に折れ曲がって、第４導体部２０の
後端２０ａに近付く方向に第８導体部２８が延びてお
り、この第８導体部２８の長さは、第４導体部２０の長
さとほぼ同じである。
【００１６】第８導体部２８の後端２８ａからは、第５
導体部２２に近接してこの第５導体部２２に並行に第９
導体部３０が延びており、この第９導体部３０の長さは
第５導体部２２とほぼ同じである。第９導体部３０の後
端３０ａから略直交して第１導体部１２の後端１２ａに
近付く方向に第１０導体部３２が延びている。この第１
０導体部３２の後端３２ａからは第１導体部１２に並行
に第１１導体部３４が延びている。第１１導体部３４は
リード３６を介して高周波電源（図示せず）に接続され
ている。
導体部２２に近接してこの第５導体部２２に並行に第９
導体部３０が延びており、この第９導体部３０の長さは
第５導体部２２とほぼ同じである。第９導体部３０の後
端３０ａから略直交して第１導体部１２の後端１２ａに
近付く方向に第１０導体部３２が延びている。この第１
０導体部３２の後端３２ａからは第１導体部１２に並行
に第１１導体部３４が延びている。第１１導体部３４は
リード３６を介して高周波電源（図示せず）に接続され
ている。
【００１７】上述した誘導加熱コイル１０を使って被加
熱物４０の平面部分４２を誘導加熱する際には、第５導
体部２２と第９導体部３０を平面部分４２に対向させ
る。この状態で誘導加熱コイル１０に高周波電力を投入
すると、第５導体部２２と第９導体部３０には同時に同
じ方向に電流が流れて交番磁束が発生する。この交番磁
束によって平面部分４２には渦電流が誘導されて平面部
分４２が加熱されることとなる。
熱物４０の平面部分４２を誘導加熱する際には、第５導
体部２２と第９導体部３０を平面部分４２に対向させ
る。この状態で誘導加熱コイル１０に高周波電力を投入
すると、第５導体部２２と第９導体部３０には同時に同
じ方向に電流が流れて交番磁束が発生する。この交番磁
束によって平面部分４２には渦電流が誘導されて平面部
分４２が加熱されることとなる。
【００１８】ところで、従来のように平面部分４２の幅
とほぼ同じ幅の導体部を有する誘導加熱コイルを用いた
場合は、上述したように、導体部の幅方向両端部におけ
る電流密度が幅方向中央部における電流密度よりも低く
なって、平面部分４２の幅方向両端部が十分に加熱され
ないことがある。しかし、誘導加熱コイル１０では、図
１に示すように第５導体部２２及び第９導体部３０それ
ぞれの幅は、平面部分４２の面積（幅）よりも狭い。従
って、第５導体部２２及び第９導体部３０では、それら
の幅方向両端部でも幅方向中央部でも電流密度は均一と
なる。また、第５導体部２２及び第９導体部３０では、
同時に同一方向に電流が流れるので、これらの電流によ
って発生した交番磁束が互いに打ち消し合うことはな
い。この結果、平面部分４２を均一に加熱できる。
とほぼ同じ幅の導体部を有する誘導加熱コイルを用いた
場合は、上述したように、導体部の幅方向両端部におけ
る電流密度が幅方向中央部における電流密度よりも低く
なって、平面部分４２の幅方向両端部が十分に加熱され
ないことがある。しかし、誘導加熱コイル１０では、図
１に示すように第５導体部２２及び第９導体部３０それ
ぞれの幅は、平面部分４２の面積（幅）よりも狭い。従
って、第５導体部２２及び第９導体部３０では、それら
の幅方向両端部でも幅方向中央部でも電流密度は均一と
なる。また、第５導体部２２及び第９導体部３０では、
同時に同一方向に電流が流れるので、これらの電流によ
って発生した交番磁束が互いに打ち消し合うことはな
い。この結果、平面部分４２を均一に加熱できる。
【００１９】上記した実施形態では、平面部分４２を加
熱するための導体部が２本（第５導体部２２及び第９導
体部３０）の例を示したが、平面部分４２の面積がさら
に広い場合は、平面部分４２を加熱するための導体部を
３本以上にすることが好ましい。ただし、各導体部には
同時に同一方向に電流が流れるようにする必要がある。
熱するための導体部が２本（第５導体部２２及び第９導
体部３０）の例を示したが、平面部分４２の面積がさら
に広い場合は、平面部分４２を加熱するための導体部を
３本以上にすることが好ましい。ただし、各導体部には
同時に同一方向に電流が流れるようにする必要がある。
【００２０】図３、図４を参照して、上述した誘導加熱
コイル１０を用いて被加熱物の平面部分を高周波焼入れ
した実験例を説明する。
コイル１０を用いて被加熱物の平面部分を高周波焼入れ
した実験例を説明する。
【００２１】図３は、実験に用いた被加熱物の平面部分
の硬化層深さを示す模式図であり、図４は、硬化層深さ
を示すグラフである。図４におけるａ、ｂ、ｃは、図３
に示す矢印ａ、ｂ、ｃ方向から測定した硬さ分布を表わ
す。
の硬化層深さを示す模式図であり、図４は、硬化層深さ
を示すグラフである。図４におけるａ、ｂ、ｃは、図３
に示す矢印ａ、ｂ、ｃ方向から測定した硬さ分布を表わ
す。
【００２２】この実験で用いた被加熱物４０の材質は、
ＦＣＤ６００（ＪＩＳ規格）であり、平面部分４２の幅
Ｗは２０ｍｍである。また、第５導体部２２と第９導体
部３０の幅ｗは８ｍｍとした。
ＦＣＤ６００（ＪＩＳ規格）であり、平面部分４２の幅
Ｗは２０ｍｍである。また、第５導体部２２と第９導体
部３０の幅ｗは８ｍｍとした。
【００２３】平面部分４２を誘導加熱するに当っては、
誘導加熱コイル１０を用いて４０ｋＷ、８０ｋＨｚで９
秒間ほど加熱した。このようにして加熱した後に、平面
部分４２に冷却液を７秒間噴出して急冷した。この結
果、図４に示すように、平面部分４２の幅方向中央部で
も幅方向両端部でも一様な深さの硬化層が得られた。
誘導加熱コイル１０を用いて４０ｋＷ、８０ｋＨｚで９
秒間ほど加熱した。このようにして加熱した後に、平面
部分４２に冷却液を７秒間噴出して急冷した。この結
果、図４に示すように、平面部分４２の幅方向中央部で
も幅方向両端部でも一様な深さの硬化層が得られた。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の誘導
加熱コイルによれば、被加熱物の平面部分を誘導加熱す
るに当り、それぞれに同一方向の電流が流れる並行な複
数の導体部を平面部分に向き合わせる。このため、各導
体部の幅は平面部分の幅よりも狭くて済む。従って、各
導体部では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部で
も電流密度が均一になる。また、各導体部では同時に同
一方向に電流が流れるので、これらの電流によって発生
した交番磁束が互いに打ち消し合うことはない。この結
果、平面部分を均一に加熱できる。
加熱コイルによれば、被加熱物の平面部分を誘導加熱す
るに当り、それぞれに同一方向の電流が流れる並行な複
数の導体部を平面部分に向き合わせる。このため、各導
体部の幅は平面部分の幅よりも狭くて済む。従って、各
導体部では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部で
も電流密度が均一になる。また、各導体部では同時に同
一方向に電流が流れるので、これらの電流によって発生
した交番磁束が互いに打ち消し合うことはない。この結
果、平面部分を均一に加熱できる。
【００２５】ここで、複数の導体部が、近接して同一方
向に延びる２つの導体部からなるものである場合は、誘
導加熱コイルを比較的容易に作製できる。
向に延びる２つの導体部からなるものである場合は、誘
導加熱コイルを比較的容易に作製できる。
【００２６】また、本発明の第２の誘導加熱コイルによ
れば、第５導体部及び第９導体部それぞれの幅を、平面
部分の幅よりも狭くできる。従って、第５導体部及び第
９導体部では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部
でも電流密度が均一となる。また、第５導体部及び第９
導体部では同時に同一方向に電流が流れるので、これら
の電流によって発生した交番磁束が互いに打ち消し合う
ことはない。この結果、平面部分を均一に加熱できる。
れば、第５導体部及び第９導体部それぞれの幅を、平面
部分の幅よりも狭くできる。従って、第５導体部及び第
９導体部では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部
でも電流密度が均一となる。また、第５導体部及び第９
導体部では同時に同一方向に電流が流れるので、これら
の電流によって発生した交番磁束が互いに打ち消し合う
ことはない。この結果、平面部分を均一に加熱できる。
【図１】本発明の一実施形態の誘導加熱コイルを示す正
面図である。
面図である。
【図２】図１の誘導加熱コイルの側面図である。
【図３】実験に用いた被加熱物の平面部分の硬化層深さ
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図４】硬化層深さを示すグラフである。
１０ 誘導加熱コイル １２ 第１導体部 １４，３６ リード １６ 第２導体部 １８ 第３導体部 ２０ 第４導体部 ２２ 第５導体部 ２４ 第６導体部 ２６ 第７導体部 ２８ 第８導体部 ３０ 第９導体部 ３２ 第１０導体部 ３４ 第１１導体部 ４０ 被加熱物 ４２ 平面部分
Claims (3)
- 【請求項１】 平面部分を有する被加熱物の該平面部分
を誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、 それぞれが前記平面部分に向き合い、それぞれに同一方
向の電流が流れる並行な複数の導体部を有することを特
徴とする誘導加熱コイル。 - 【請求項２】 前記複数の導体部は、近接して同一方向
に延びる２つの導体部からなるものであることを特徴と
する請求項１に記載の誘導加熱コイル。 - 【請求項３】 平面部分を有する被加熱物の該平面部分
を誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、 所定方向に延びてリードを介して高周波電源に接続され
る第１導体部と、 該第１導体部の後端から前記所定方向に交差する方向に
延びる第２導体部と、 前記所定方向とは反対の方向であって前記第１導体部の
後端から離れる方向に前記第２導体部の後端から延びる
第３導体部と、 該第３導体部の後端から略直角に折れ曲がって、前記第
２導体部の先端から離れる方向に延びる第４導体部と、 該第４導体部の後端から前記第３導体部に並行に延び
る、該第３導体部とほぼ同じ長さの第５導体部と、 該第５導体部の後端から略直角に折れ曲がって、前記第
２導体部の後端から離れる方向に延びる第６導体部と、 該第６導体部の後端から前記第５導体部に並行に延び
る、前記第５導体部とほぼ同じ長さの第７導体部と、 該第７導体部の後端から略直角に折れ曲がって、前記第
４導体部の後端に近付く方向に延びる、前記第４導体部
とほぼ同じ長さの第８導体部と、 該第８導体部の後端から、前記第５導体部に近接して該
第５導体部に並行に延びる、該第５導体部とほぼ同じ長
さの第９導体部と、 該第９導体部の後端から略直交して、前記第１導体部の
後端に近付く方向に延びる第１０導体部と、 該第１０導体部の後端から前記１導体部に並行に延び、
リードを介して前記高周波電源に接続される第１１導体
部とを備えたことを特徴とする誘導加熱コイル。
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