JP2008546570A - 誘導加熱デバイスおよびそれを使用して部品を製作する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に熱可塑性または熱硬化性の複合材料で製作される部品を成形または変形するために、誘導によって表面を加熱するデバイスに関する。加熱されるべき表面（１２）のすぐ近くに複数の閉じたキャビティを備え、各キャビティが界磁巻線（２４）を囲む、磁性かつ熱伝導材料で製作された少なくとも１つの部分（１８）を有する本体（１６）をデバイスは含む。キャビティの壁で誘導によって生成された熱は伝導によって加熱面に移送される。キャビティ間の距離および加熱面に対する前記キャビティの位置は、加熱が前記表面で実質的に一様であるようなものである。

Description

本発明は、特に熱可塑性または熱硬化性のマトリクス複合材料の成形または変形を行うために、誘導によって金属表面を加熱するための方法およびデバイスに関する。

特にプラスチックで製作される部品または複合部品の成形を行うのに金属表面を加熱するために、誘導線を大量の樹脂などの中に埋める既知の方法があり、加熱されるべきこの容積部の表面は磁性材料で製作された「サセプタ」と呼ばれるプレートを含む。加熱はインダクタと磁性プレートとの間の電磁結合によって得られる。

この技術は利用するのを困難にする重大な欠点を有する。実際には、加熱が各誘導線の位置で最大であり、これらの位置の間で漸減するので、サセプタの加熱は均一でない。さらに、樹脂は熱絶縁体であるので、２つの負荷サイクル間に必要な冷却を得るのが容易でない。さらに、加熱と冷却のサイクルがこの樹脂の機械的性質を変えることがある。最終的に、樹脂は衝撃への低い耐性を有する。

本発明はこれらの欠点を克服する。

本発明のデバイスは、磁性かつ熱伝導性材料で製作される少なくとも１つの部分を有し、加熱されるべき表面の近傍の複数の閉じたキャビティをもつ本体を含み、各キャビティはインダクタを囲み、キャビティの壁で誘導によって生成された熱は伝導によって加熱面に移送され、キャビティ間の距離および加熱面に対するこれらのキャビティの位置は、加熱がこの表面で実質的に一様であるようなものである。

磁性かつ伝導性材料は例えば鋼材である。
したがって、キャビティが完全にインダクタを囲む状態で各インダクタと対応するキャビティとの間の結合が最適であるので、表面の加熱は一様であり、効率が高い。さらに、加熱面の本体の材料は樹脂よりも経年変化に対して影響を受けにくくすることができる。

デバイスの本体を構成する磁性材料は熱伝導体であるので、冷却を効率的に行うことができる。

一実施形態では、加熱面の反対側での伝導による熱損失を最小にするために、キャビティを基準として加熱されるべき表面の反対側にある本体の部分は非磁性材料で製作される。

一実施形態では、キャビティは本体の２つの部分で溝の形態を取り、加熱されるべき表面で終わる第１の部分は磁性材料で製作され、この表面の反対側の第２の部分は例えば非磁性材料で製作される。

溝、したがってキャビティは任意の不特定の区域、例えば円形断面、または正方形もしくは長方形の断面を有することができる。

一実施形態では、２つの表面加熱サイクルの間の冷却のために、冷却流体が通るように設計された複数のチャネルが設けられ、これらのチャネルはキャビティと加熱面との間に配置される。チャネルは例えばキャビティと平行な方向を有する。変形として、それらはキャビティに垂直な方向を有する。

一実施形態によれば、各インダクタは管状形状を有し、その中央チャネルは冷却流体の循環に役立つ。インダクタのこの冷却は、２つの加熱サイクルの間でデバイスの本体の冷却にも役立つことができる。

変形として、誘導性チューブが、好ましくは、その外側表面上の絶縁体に沿って並べられ、チューブの外側表面は、恐らく絶縁体の外側表面もキャビティの内壁からある距離にあり、２つの加熱サイクルの間、本体を冷却するように設計された別の冷却流体の循環のためのリング形状の空間が形成される。したがって、この実施形態で、冷却手段への空間要件は最小限に抑えられる。さらに、それらのキャビティ内のインダクタの位置決めを容易に行うことができる。

最後に述べた実施形態で、熱損失は最小限に抑えられるが、その理由は、誘導加熱の間、当然２つのサイクルの間の冷却用の流体はこの加熱過程中流れないのでインダクタのキャビティの壁の間の空気が熱絶縁体を構成するからである。

別の実施形態では、キャビティの内壁の各インダクタ間の空間は電気絶縁体で完全に充填される。

一実施形態では、加熱装置は本明細書で先に定義したタイプの２つのデバイスを含み、例えば一方は金型を形成し、他方は押抜き具を形成する。２つのデバイスは、例えば同じ部分で異なる表面状態を得るようにそれらの温度が異なるような方法で電力供給することができる。

成形されるべき表面は任意の不特定の表面面積を有することができる。

本発明は、本明細書で先に定義したデバイスを使用して、少なくとも１つの加熱面を用いる成形または変形によって部品を製造する方法にも関する。本発明は、これらのデバイスの少なくとも２つを含む装置を用いる成形または変形によって部品を製造する方法にも関する。

本発明の他の特徴および利点が実施形態のいくつかの説明から明らかになり、この説明は添付の図面を参照しながら行われる。

図１に示される例において、デバイス１０は、加熱によって部品を整形および／または変形するための金型の半分の部分を構成する。したがって、この例では、デバイス１０は金型の下部部分を形成し、その上部部分は示されない。

したがって、このデバイス１０では、部品１４を変形または成形するために上部面１２を加熱することが必要である。

本発明によれば、表面１２を保持するために、デバイス１０は、この例では、それぞれ２つの部分１８および２０を有する本体１６を含む。これらの２つの部分は鋼材で製作される。部分１８は磁性鋼材で製作され、一方、部分２０は非磁性材料、例えば同様に鋼材で製作される。

磁性材料で製作される部分１８は加熱面１２を含むものである。この例では概ね平行六面体形状を有する部分１８の下部部分は、円形、正方形、または長方形の断面の溝を、それらに対応する本体１６の部分２０の同一の溝とともに有する。したがって、部分１８および２０が図示のように組み立てられると、溝はチャネルまたはキャビティ２２_１、２２_２などを形成し、その各々は、加熱用に、電磁界を誘導するために高周波数、例えば１００から２００ＫＨｚの範囲の周波数の交流が通る例えば銅で製作された電気導体２４を保持するように設計される。

図２で分かるように、様々な導体２４がジャンパー２６によって互いに接続される。

図１および図２に示される例において、本体１６の磁性部分１８は、チャネル２２_１、２２_２に垂直な概略の方向を有するチャネル２８_１、２８_２などによって横切られる。これらのチャネル２８_１、２８_２、．．．は、２つの加熱サイクルの間、冷却流体を受け取るように設計される。変形として、キャビティ２２_１、２２_２などと実質的に平行な方向を有する冷却チャネル３０_１、３０_２を備えることができる。

図３で以下にさらに説明される別の変形として、冷却はキャビティ２２で行われる。

図１および図１ａに示される例において、導体を冷却するための流体の循環を生じさせるように導体２４は管状であり、それはリング形状の絶縁層３２によってキャビティ２２の内壁から絶縁される。

動作は以下の通りである。

強度が約１００から２００ＫＨｚの程度である高周波電流が導体２４を通り、結合によってキャビティの磁性部分の壁を加熱する電磁界を生成する。キャビティが導体を完全に囲むので結合は完全である。したがって、損失は最小限に抑えられる。

キャビティの壁に生成される熱は、実質的に円錐形の形状を有する拡散区域３４で表面１２に伝搬される。

キャビティから表面１２までの距離および２つの隣接するキャビティの間の距離は、表面１２において、表面１２の温度が一様なままであるように拡散区域３４が共通部分を形成するようなものでなければならない。

しかし、熱損失を最小限に抑えるために、キャビティから表面１２までの距離は過大であるべきでない。

生成される熱はキャビティの磁性部分によって生成され、非磁性部分によって生成されないので、後部の方の、すなわち本体１６の部分２０の熱損失は最小限に抑えられる。

図２に示されるように、誘導電流３６はキャビティ内で反対方向に電流を誘導する。

図３に示される変形では、加熱を最適化するために、図１に示されるタイプの冷却管路が設けられず、冷却は各キャビティで得られる。したがって、キャビティ２２は表面１２により近くすることができ、表面１２への熱の伝搬に対して障害物がない。

管状導体２４は絶縁層４０に沿って並べられ、この絶縁された導体の断面はキャビティ２２の断面よりも実質的に小さい寸法を有する。したがって、リング形状の空間４２が導体２４とキャビティの内側面４４との間に作られ、このリング形状の空間４２内に、本体１６の冷却のための流体、特に液体が２つの加熱サイクルの間に流される。

加熱中、リング形状の区域４２は空気で満たされる。この形体はチューブ２４からキャビティを熱的に絶縁する。すなわち、本体１６の部分１８で生成された熱は実際にはチューブ２４の加熱には寄与しない。

一実施形態では、処理されるべき部品１４が異なる態様を示さなければならない２つの表面を有する。このために、金型の上部部分（図示せず）は、本明細書で先に説明したデバイス１０と同様であるが、下部デバイス１０のインダクタへの電源と異なるインダクタへの電源をもつデバイス（図示せず）を有する。

このようにして、上部部分および下部部分の加熱温度は、異なる表面状態を与えるために異なることができる。

この異なる温度の可能性は当然異なる表面状態に限定されない。それは、例えば、各面が異なる材料で製作される部品の加工を伴うこともある。

図４は、本発明に従い、チューブを製作するように設計された金型の断面図である。

したがって、この金型は２つのデバイス５０および５２を有し、各々はそれぞれ半円柱状キャビティ５４および５６を有する。これらのキャビティは、本明細書で先に説明されたように、特に図１および３を参照しながら説明されたように、加熱される。加熱操作によりチューブに形成されるべき材料５８は、誘導加熱された壁５４、５６に圧縮空気によって押し付けられる。

デバイスの各々において、インダクタは表面５４、５６のまわりの磁性材料中に均等に分配される。これらのインダクタの各々および金型の冷却手段は図３で示されるタイプであり、すなわち、銅の各導体６０は冷却流体を内部で循環させるために管状であり、導体６０と磁性材料で作られたキャビティ６２との間にリング形状の空間６４が形成され、成形中空気で満たされる。この空間６４の中で、冷却流体は２つの成形サイクルの間に流れる。

図５は図４と同様の図であるが、例えばボンネットなどの車体の要素の形状を有する複合材料で製作される部品の成形に関する。この場合、押抜き具を形成するデバイス７０、および金型を形成する別のデバイス７０が設けられる。インダクタはそれぞれ成形表面７４および７６の近傍に分配され、その結果、既に説明されたように、一様の温度がこれらの表面で得られる。

最後に、図６は平板を得るために使用される金型を示す。この実施形態は、導体８０が、この場合、長方形または正方形の断面を有し、同様にキャビティが長方形または正方形の断面を有することによって、図４および５で示されたものと区別される。

本発明によるデバイスの図で、ａはデバイスの一部を示す図である。 図１に示されたデバイスの平面図である。 図１に示されたデバイス用の冷却手段の別の実施形態を示す図である。 本発明による成形の例の図である。 本発明による成形の例の図である。 本発明による成形の例の図である。

Claims (10)

1. 特に熱可塑性または熱硬化性の複合材料で製作される部品の成形または変形を行うために、誘導によって表面を加熱するデバイスであって、磁性かつ熱伝導性材料で製作される少なくとも１つの部分（１８）を有し、加熱されるべき前記表面（１２）の近傍の複数の閉じたキャビティをもつ本体（１６）を含み、各キャビティはインダクタ（２４）を囲み、前記キャビティの壁で誘導によって生成された熱が伝導によって加熱面に移送され、キャビティ間の距離および前記加熱面に対するこれらのキャビティの位置が、前記加熱がこの表面で実質的に一様であるようなものであるデバイス。
2. 前記磁性かつ熱伝導性材料が鋼材を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記キャビティを基準として加熱されるべき前記表面の反対側にある前記本体の部分（２０）が非磁性材料で製作される、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 各キャビティが２つの溝の結合によって形成され、一方の溝が、磁性材料で製作される前記本体の前記部分の表面に形成され、他方の溝が、前記本体の別の部分の表面に形成される、請求項１から３の一項に記載のデバイス。
5. 前記キャビティと前記加熱面との間の冷却流体の循環のための管路（２８_１、２８_２、３０_１、３０_２）を含む、請求項１から４の一項に記載のデバイス。
6. 各インダクタが、加熱されるべき前記表面の２つの加熱サイクルの間の冷却流体の循環のためのリング形状の空間（４２）を形成するように前記キャビティよりも小さい断面を有する、前記請求項の一項に記載のデバイス。
7. 前記請求項の一項に記載の少なくとも２つのデバイスを含む成形または変形装置。
8. 前記２つのデバイスの前記インダクタ用の電源が別個である、請求項７に記載の装置。
9. 請求項１から６の一項に記載のデバイスを利用して、加熱面を用いる成形または変形によって部品を製作する方法。
10. 請求項７または８に記載の装置を用いる成形または変形によって部品を製作する方法。