JP2000077176A - 筒体の内周面加熱用誘導加熱コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静止した筒体を内面から加熱する内周面加熱
用誘導加熱コイル。 【解決手段】 被加熱筒体Ｗの内周面との間に所定の隙
間が形成される外径を有する巻線形コイル１２の内周側
に複数の積層ケイ素鋼板の棒状体コア２０を軸方向に延
長して配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱筒体を回転
しないで静止したままで内周面を加熱する誘導加熱コイ
ル、例えば軽合金ブロックに鋳鉄製ライナを鋳ぐるむ際
にライナを静止した状態で内周面から予熱するなどの誘
導加熱コイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンプレッサやエンジンなどの軽量化の
ためにアルミ合金が採用されるが、その場合耐摩耗性を
要するシリンダ部分には鋼や鋳鉄製のライナが装入され
る。その装入方法として、加工したライナをブロックに
鋳ぐるむ方法があり、この鋳ぐるむ際にライナとブロッ
クの融着性を増すためにライナを予熱して注湯すること
が行われる。この際、ライナを鋳型に装着した状態でラ
イナ内面から誘導加熱により加熱するようにすれば、簡
易に鋳ぐるみ作業が行える。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなラ
イナの予熱には、ライナ全体を均一に４００〜５００℃
の温度に加熱することが必要であるが、ライナは鋳型に
装着されて回転などさせることができない状態で加熱さ
れるために、通常の巻線状コイルで加熱すると以下のよ
うな問題点が生じてライナ全体を均一に加熱することが
困難である。

【０００４】即ち、通常巻線形コイルにより誘導加熱す
ると、図５（ａ）に示すように巻線１の周辺に発生する
磁束により被加熱体Ｗの表面が局部加熱されて加熱層３
のような加熱むらが生ずる。したがって、通常の円筒体
の内面焼入れなどの誘導加熱では、円筒体を回転しなが
ら加熱することにより均一加熱が図られている。しか
し、このように円筒体を回転できない場合がある。例え
ば前述の軽合金ブロックにライナを鋳ぐるむ際のライナ
の予熱などの場合には回転させることができないので加
熱むらを防ぐことが困難である。また、コイル外径を被
加熱面に対向させて誘導加熱する際には、コイル内周側
の漏洩磁束が大きく加熱効率が低くなるという問題点も
あった。

【０００５】そこで、本発明者は漏洩磁束を減少して効
率よく、かつライナを均一に所定温度に加熱する方法と
して、図５（ｂ）のように誘導加熱コイルにコアを装着
することに着目し、そのコアとしてフェライトコアを使
用して実験を行った。その結果、図の加熱層３´に示す
ようにほぼ均一な加熱が達成できることを見出だした。

【０００６】しかしながら、フェライトコアの場合、誘
導加熱の際にコアの温度が上昇し、コアの冷却が必要に
なった。即ち、ライナの内面に挿入した加熱コイルのよ
うに狭い隙間で冷却するためには、フェライトコアに直
接冷却孔を設けて水冷するなどが必要になった。このよ
うな直接冷却水を通す方法は加工が困難であるとともに
冷却水の漏出などの危険が生ずるという問題点があっ
た。

【０００７】そこで本発明者は、種々実験の結果、棒状
のケイ素鋼板の積層体を加熱コイルの内周側に配設する
ことにより、上記問題点を解決することを見出だした。
本発明は、これにより簡易に安全に均一加熱できる筒体
の内周面加熱用誘導加熱コイルを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルは、被
加熱筒体の内周面との間に所定の隙間が形成される外径
を有する巻線形コイルの内径側に複数の積層ケイ素鋼板
の棒状体コアを軸方向に延長して配設したことを特徴と
するものである。

【０００９】前述のように、コアを使用しないで巻線形
コイルにより誘導加熱すると、被加熱体を回転などでき
ない場合には加熱むらを防止することが困難である。こ
れに対し、図５（ｂ）に示すようにコア２を使用すると
コア側の磁気抵抗が減り被加熱体側に強磁界が分布し、
ターン間の漏れ磁束が減少して加熱効率を向上させるこ
とができる。このため局部加熱がなくなので、被加熱体
を回転しなくても均一に加熱されるとともに、加熱効率
が向上する。

【００１０】そこで、まず本発明者は図３および図４に
示すように、巻線形コイル１２の内周面側にリング状の
フェライトコア３０を装着した。これにより、前述のコ
アの効果により被加熱体はほぼ均一に加熱されることが
分った。しかしながら、フェライトコアの場合、誘導加
熱時にコアの温度が上昇するという問題点が生じ、図に
示すようにフェライトコア３０に冷却孔３１を設けて水
冷しなければならなかった。この水孔の加工は手間がか
かり、またフェライトは強度が小さいために破損による
水漏れ事故の発生の危険があるという問題点があった。

【００１１】本発明は、ケイ素鋼板を積層して棒状にし
たコアを使用し、この複数の棒状コアを巻線形コイル１
２の内径側に軸方向に延長して配設したものである。こ
れによって、前記のフェライトコアと同様に被加熱体が
均一に加熱されるが、フェライトコアに比し温度上昇が
少なく水冷を必要としないことが分った。したがって、
冷却の手間がかからず、かつケイ素鋼板はフェライトに
比して強度が高いので破損の危険が少なくなった。さら
に複数の棒状のコアを組み合わせて装着するので、簡易
にコアの装着ができるという利点が生じた。

【００１２】本発明の筒体の内周面加熱用誘導加熱コイ
ルは、被加熱筒体を回転しないで均一加熱できるので、
円筒体のみでなく角筒体の被加熱体にも使用できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の一実施形態
について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の筒
体の内周面加熱用誘導加熱コイルの軸方向断面図、図２
は図１のＸ視図である。

【００１４】図において、誘導加熱コイル１１の巻線コ
イル１２は被加熱筒体Ｗの内周面との間に所定間隔の隙
間が得られる外径を有し、巻線コイル１２の一端（図の
上端）側からリード管１３が引き出され、他端（図の下
端）側１４からコイルの中心を貫通してリード管１３と
同方向にリード管１５が引き出される。リード管１３、
１５には図示しないターミナルが接続され、図示しない
誘導電源から高周波電流が付加されるようになってい
る。このコイルの長さは被加熱筒体Ｗの長さより長く
し、両端部のコイルピッチは中央部ピッチより小さくす
ることが被加熱体の端部まで均一に加熱するために望ま
しい。

【００１５】巻線コイル１２の内周側に複数のコア２０
が配設される。コア２０は長形短冊形のケイ素鋼板２１
を積層してその外周を絶縁材２２で巻いて角棒状に形成
されている。このコア２０を巻線コイル１２の内径面と
中心のリード管１５の外径との間に円周に沿って複数配
設し、リード管１５の外径に装着した絶縁管１６と絶縁
詰め物１７により固定している。

【００１６】上記のコイルを、図１に示すようにコイル
両端部がそれぞれ被加熱筒体Ｗの両端から所定長さ突出
するようにして、コイル外径と被加熱筒体Ｗの内周面面
との間に所定の隙間を形成させて配設し、コイルに通電
して被加熱筒体Ｗを内面から加熱する。

【００１７】図３および図４は、以下の実施例に示す比
較試験としてフェライトコアを使用した誘導加熱コイル
を示す。図３はフェライトコアを使用した誘導加熱コイ
ルの軸方向断面図、図４は図３のＹ視拡大図である。

【００１８】図のフェライトコアを使用した誘導加熱コ
イルにおいても、コイル形状は本発明と同一であるので
同一記号を使用する。フェライトコアを使用する場合
は、巻線コイル１２の内径面と中心のリード管１５の外
径との間に筒状のフェライトコア３０を挿入した。図示
しないがフェライトコア３０は数個を積み重ねて成形し
たものである。実験の結果、誘導加熱の際にフェライト
コアは温度上昇が激しいことが分ったので、コアに冷却
孔３１を設けて水冷するようにした。

【００１９】

【実施例】フェライトコアを使用した場合と本発明のケ
イ素鋼板コアを使用した場合とについて下記条件で比較
加熱実験を行った。

【００２０】被加熱筒体寸法：外径Ｄ１＝９１．５ｍｍ
φ，内周面Ｄ２＝８１．５ｍｍφ、長さＬ＝１３５ｍｍ 加熱コイル：外径ｄ１＝４０ｍｍφ，内周面ｄ２＝２８
ｍｍφ、長さｌ＝１７０ｍｍ、コイルピッチは図示のと
おり。 コア：本発明のケイ素鋼板の場合：板厚０．１ｍｍのケ
イ素鋼板を積層して４ｍｍ×５ｍｍ×１６７ｍｍの棒状
に形成し、外周を絶縁材で巻いたもの１０本を、図１、
２のようにコイル内周面に装着した。水冷無し。 比較材のフェライトコアの場合：外径２７．ｍｍφ，内
周面１１ｍｍφの数個のフェライトリングを積み重ねて
図３、４のようにコイル内周面に装着した。コアに水冷
孔を設けて水冷した。 加熱条件：周波数：９．２ｋＨｚ，加熱時間：２０ｓｅ
ｃ通電の後６０ｓｅｃ経過後の温度を測定。

【００２１】上記条件で内周面から加熱した被加熱筒体
の長さ方向の上、中、下部について筒体の外径側から温
度測定した。その結果を図６に図示する。温度分布につ
いてはフェライトコア使用の場合も本発明のケイ素鋼板
コア使用の場合もほぼ同等で、被加熱筒体の上下部の温
度が高く、中央部の温度が低かった。即ち、図６に示す
ように、２０ｓｅｃ通電後の加熱直後の上下部温度は４
７０℃〜５００℃で、中央部の温度は４２０℃〜４４０
℃の範囲になった。また、電流切断後６０〜７０ｓｅｃ
経過後の温度は上下部で４００℃〜４２５℃で、中央部
の温度は４００℃〜４１０℃になった。

【００２２】一方、フェライトコアの場合は冷却しない
と４００℃以上にコアの温度が上昇するため水冷孔を設
けて水冷したが、本発明のケイ素鋼板コアの場合は連続
操業時も最高温度が３００℃程度にとどまり何ら冷却し
ないでも使用できた。

【００２３】以上述べたように、本発明実施形態の筒体
の内面誘導加熱装置によれば、巻線形コイルの内径側に
複数の積層ケイ素鋼板の棒状体コアを軸方向に延長して
配設することにより、被加熱筒体を回転などしないで、
均一な温度に加熱することができ、かつ漏洩磁束が減じ
て加熱効率が向上する。

【００２４】また、本発明の積層ケイ素鋼板のコアは棒
状体に積層した複数のコアを巻線形コイルの内径側に挿
入して組み合わせて装着するので、簡易に組み立てがで
きる。さらに本発明の積層ケイ素鋼板のコアは、フェラ
イトコアのように温度上昇が少ないので、水冷などの特
別の冷却手段を必要とせず、加工が簡単で水漏れ事故な
どの危険が無い。

【００２５】なお、本実施形態では、円筒の被加熱筒体
について示したが、角筒の被加熱筒体についても使用が
可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の筒体の内
周面加熱用誘導加熱コイルは、被加熱筒体を回転などし
ないでも静止したままで均一加熱ができ、また水冷など
の冷却を必要としないので、効率よく簡易に筒体の加熱
ができる。このために、コンプレッサなどの軽合金ブロ
ックに鋼や鋳鉄ライナを鋳ぐるむ際のライナの予熱など
に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の積層ケイ素鋼板コアを使用し
た筒体の内周面加熱用誘導加熱コイルの軸方向断面図で
ある。

【図２】図１のＸ視拡大図である。

【図３】従来のフェライトコアを使用した筒体の内周面
加熱用誘導加熱コイルの軸方向断面図である。

【図４】図３のＹ視拡大図である。

【図５】巻線形コイルによる誘導加熱の状態を説明する
図である。

【図６】本発明実施形態の内周面加熱用誘導加熱コイル
により加熱実験した筒体の温度分布を示す図である。

【符号の説明】 １ 巻線コイル ２ コア ３，３´ 加熱層 １１ 誘導加熱コイル １２ 巻線形コイル １３ リード管 １４ コイル他端 １５ リード管 １６ 絶縁管 １７ 絶縁詰め物 ２０ コア ２１ ケイ素鋼板 ２２ 絶縁材 ３０ フェライトコア ３１ 水冷孔 Ｗ 被加熱筒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AA10 AB23 AC10 AC33 AC37 AC38 AC54 AC70 AD03 AD05 AD10 AD28 AD34 AD39 AD40 CD44 CD48 CD52 CD72 CD74 CD79

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱筒体の内周面との間に所定の隙間
   が形成される外径を有する巻線形コイルの内径側に複数
   の積層ケイ素鋼板の棒状体コアを軸方向に延長して配設
   したことを特徴とする筒体の内周面加熱用誘導加熱コイ
   ル。