JP2012221857A - 高周波誘導加熱装置及びワークの加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱部材であるワークを局部的に効率よく加熱することができる高周波誘導加熱装置、及び同装置を用いた加熱方法を提供する。
【解決手段】棒状の導電材からなる１対の環状のコイル部１１、１２が、ワーク挿入空間２の両側においてワーク３に対して垂直状となるように配置されるとともに、前記各コイル部１１、１２は前記導電材の長さ方向の一部に、ワーク挿入空間２を挟んで平行状態に対向配置される線状対向部１１２、１２１が形成され、かつ前記各コイル部にはそれぞれの線状対向部において相互逆向きとなる高周波電流が流される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、高周波誘導加熱装置及び同装置によるワークの加熱方法に関する。

例えば、自動車用ドア部材の製造工程において、２枚の薄板材を接着剤を介して重ね、接着剤を加熱することにより薄板材同士を接着したり、あるいは１枚の薄板材にシール材等を塗布して加熱乾燥することが行われている。

このようなワークの加熱方法として、高周波誘導加熱装置を用いてワークを加熱する方法が提案されている。

そして、この高周波誘導加熱装置として、例えば特許文献１に記載されているような馬蹄型のコイル部を用い、この馬蹄型コイル部の内側中空部にワークを挿入し、ワークの輪郭に沿ってコイル部をワークに対して相対移動させながら、加熱することが提案されている。

また、馬蹄型のコイル部ではなく平面状のコイル部を用い、該コイル部をワークに対向する態様で近接配置して加熱する、いわゆる平面焼きと呼ばれる方法を採用することも行われている。
特開平５−２６１５２６号公報

しかし、馬蹄型のコイル部や平坦なコイル部を用いる従来の高周波誘導加熱では、加熱範囲が広いうえ加熱効率が悪く、局部的な加熱が必要とされるような場合には十分に対応できていないのが現実である。

この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、被加熱部材であるワークを局部的に効率よく加熱することができる高周波誘導加熱装置、及び同装置を用いたワークの加熱方法の提供を課題とする。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）棒状の導電材からなる１対の環状のコイル部が、ワーク挿入空間の両側においてワークに対して垂直状となるように配置されるとともに、前記各コイル部は前記導電材の長さ方向の一部に、ワーク挿入空間を挟んで平行状態に対向配置される線状対向部が形成され、かつ前記各コイル部にはそれぞれの線状対向部において相互逆向きとなる高周波電流が流されることを特徴とする高周波誘導加熱装置。
（２）前記各コイル部の線状対向部の対向面を除く外周面の少なくとも一部に、磁性体が設けられている前項１に記載の高周波誘導加熱装置。
（３）前記磁性体の量は、前記線状対向部の長さ方向の端部の方が長さ方向の中央部よりも多く設定されている前項１または２に記載の高周波誘導加熱装置。
（４）前記磁性体は、各コイル部の中心高さを超えないように設けられている前項２または３に記載の高周波誘導加熱装置。
（５）棒状の導電材からなる１対の環状のコイル部が、ワーク挿入空間の両側においてワークに対して垂直状となるように配置されるとともに、前記各コイル部は前記導電材の長さ方向の一部に、ワーク挿入空間を挟んで平行状態に対向配置される線状対向部が形成された高周波誘導加熱装置を用い、前記各コイルの線状対向部間にワークを挿入した状態で、前記各コイル部にそれぞれの線状対向部において相互逆向きとなる高周波電流を流すことにより、前記ワークを高周波誘導加熱することを特徴とするワークの加熱方法。
（６）前記各コイル部の線状対向部の対向面を除く外周面の少なくとも一部に、磁性体が設けられている前項５に記載のワークの加熱方法。
（７）前記磁性体の量は、前記線状対向部の長さ方向の端部の方が長さ方向の中央部よりも多く設定されている前項５または６に記載のワークの加熱方法。
（８）前記磁性体は、各コイル部の中心高さを超えないように設けられている前項６または７に記載のワークの加熱方法。

前項（１）に記載の発明によれば、棒状の導電材からなる１対の環状のコイル部が、ワーク挿入空間の両側においてワークに対して垂直状となるように配置されるとともに、前記各コイル部は前記導電材の長さ方向の一部に、ワーク挿入空間を挟んで平行状態に対向配置される線状対向部が形成され、かつ前記各コイル部にはそれぞれの線状対向部において相互逆向きとなる高周波電流が流されるから、上側コイル部の線状対向部によって生じる磁力線と下側コイル部１２の線状対向部によって生じる磁力線は、線状対向部を中心にそれぞれ逆向きとなる。この結果、両線状対向部によって生じる磁束の垂直成分はそれぞれ打ち消され、ワークの被加熱部に対して作用する水平方向の磁束成分のみが有効となる。このため、両線状対向部の直下・直上に存在するワークの被加熱部に磁束が集中することになり、該被加熱部のみが局部的に集中加熱され、効率的な加熱が行われる。

前項（２）に記載の発明によれば、各コイル部の線状対向部の対向面を除く外周面の少なくとも一部に、磁性体が設けられているから、線状対向部によって生じる磁束をよりワークに集中させることができ、さらに一層加熱効率を上げることができる。

前項（３）に記載の発明によれば、磁性体の量は、前記線状対向部の長さ方向の端部の方が長さ方向の中央部よりも多く設定されているから、線状対向部の長さ方向の端部付近の磁束を増加させて、線状対向部に対向するワークの被加熱部の長さ方向の全体にわたって均一に磁束を作用させることができ、ひいては被加熱部を均一に加熱することができる。

前項（４）に記載の発明によれば、磁性体がコイル部の中心高さを超えて設けられると、コイル部の線状対向部以外の部分からの磁束の影響が大きくなり、磁性体による効果が減少するおそれがある。

前項（５）に記載の発明によれば、両線状対向部の直下・直上に存在するワークの被加熱部に磁束を集中させ、該被加熱部のみを局部的に集中加熱して、効率的な加熱を行うことができる。

前項（６）に記載の発明によれば、各コイル部の線状対向部の対向面を除く外周面の少なくとも一部に、磁性体が設けられているから、線状対向部によって生じる磁束をよりワークに集中させることができ、さらに一層加熱効率を上げることができる。

前項（７）に記載の発明によれば、磁性体の量は、前記線状対向部の長さ方向の端部の方が長さ方向の中央部よりも多く設定されているから、線状対向部の長さ方向の端部付近の磁束を増加させて、線状対向部に対向するワークの被加熱部の長さ方向の全体にわたって均一に磁束を作用させることができ、ひいては被加熱部を均一に加熱することができる。

前項（８）に記載の発明によれば、磁性体がコイル部の中心高さを超えて設けられると、コイル部の線状対向部以外の部分からの磁束の影響が大きくなり、磁性体による効果が減少するおそれがある。

この発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置のコイルヘッドを示す斜視図である。 同じく図１に示したコイルヘッドの正面図である。 図２のIII−III線断面図である。 この発明の他の実施形態を示すもので、コイルヘッドの正面図である。 図４のV−V線断面図である。 図４のVI−VI線断面図である。 この発明のさらに他の実施形態を示すもので、図６に相当する断面図である。

次にこの発明の一実施形態を説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る高周波誘導加熱装置のコイルヘッド１を示す斜視図、図２は同じく平面図、図３は図２のIII−III線断面図である。

これらの図に示すように、前記コイルヘッド１は、ワーク挿入空間２を挟んで上下に、それぞれ環状の１対の上側コイル部１１と下側コイル部１２を備えている。

前記上下の各コイル部１１、１２は、良導製の棒状金属材、例えば銅製の角形パイプ材を、左右方向の長さよりも上下方向の長さが短い扁平な横長長方形状に曲成したものである。そして、これらの上下コイル部１１、１２が、各上下両辺部１１１、１１２、１２１、１２２が水平面内に存在し、左右両辺部１１３、１１４、１２３、１２４が鉛直面内に存在する態様で、上下縦形に配置されている。

前記上側コイル部１１の下辺部１１２及び下側コイル部１２の上辺部１２１は、ワーク挿入空間２を挟んで上下に平行状態で対向配置され、線状対向部を形成している。以下、上側線状対向部を符号１１２、下側線状対向部を符号１２１で示す。

これらの線状対向部１１２、１２１は、線状対向部１１２、１２１間のワーク挿入空間２に挿入配置されたワーク３に対して、直接に磁気作用を及ぼしてワーク３に誘導電流を生じさせる部位である。

なお、上下コイル部１１、１２の各線状対向部１１２、１２１は必ずしも直線状に形成されている必要はなく、相互に同一形状で平行状に対向配置されている限りにおいて、ワーク３の加熱部位の形状に合わせて水平面内でわずかに湾曲していても良いし、Ｓ字形に形成されていても良い。

前記上側コイル部１１におけるコイル両端部１１５、１１６は上辺部１１１の中央付近で後方に折曲されるとともに、下側コイル部１２におけるコイル両端部１２５、１２６は下辺部１２２の中央付近で後方に折曲されている。そして、上下コイル部１１、１２のコイル両端部のそれぞれ一方１１５、１２５が相互に連結され、それぞれ他方１１６、１２６は、図示しないカレント・トランス（ＣＴという）に接続され、カレント・トランスには高周波電源４が接続されている。

高周波電源４を作動させると、上下の各コイル部１１、１２には高周波電流が流れるが、上側コイル部１１の線状対向部１１２と下側コイル部１２の線状対向部１２１には、図２の矢印A及びBで示すように逆向きの電流が流れるように、上下コイル部１１、１２が連結されている。

次に、図１〜図３に示した高周波誘導加熱装置を用いて、ワーク３を連続的に加熱する方法を説明する。

まず、前記高周波誘導加熱装置の上下線状対向部１１２、１２１間に形成されたワーク挿入空間２に、薄板状のワーク３を水平配置状態にして挿入し、ワーク３の被加熱部を上下線状対向部１１２、１２１の直下・直上に位置させる。なお、ワーク３は単材であっても良いし、２枚のワークを接着剤を介して重ね、加熱により仮止するものであっても良く、特に限定されることはない。ワーク３のワーク挿入空間２への挿入配置に際しては、ワーク挿入空間２に対してコイル端部と反対側が開放されているので、コイル部１１、１２等に邪魔をされることなく、またワーク３の大きさにかかわらず、的確にワーク挿入空間２へ配置することができる。

なお、ワーク３を動かないように図示しない固定具で位置決め固定しても良い。

この状態で高周波電源４を作動させると、上下コイル部１１、１２に高周波電流が流れ、特に、上側コイル部１１の線状対向部１１２と下側コイル部１２の線状対向部１２１には逆向きの電流が流れる。

これらの線状対向部１１２、１２１に流れる電流により磁束が発生し、この発生した磁束はワーク３に作用してワーク３の被加熱部に渦電流を生じさせ、ワーク３は自己発熱するが、前述したように、上側コイル部１１の線状対向部１１２と下側コイル部１２の線状対向部１２１には逆向きの電流が流れるから、次のような作用が発揮される。

即ち、上側コイル部１１の線状対向部１１２と下側コイル部１２の線状対向部１２１によって各線状対向部１１２、１２１の回りに生じる磁力線は、図３の矢印Ｅ及びＦで示すようにそれぞれ逆向きとなる。この結果、両線状対向部１１２、１２１によって生じる磁束の垂直成分はそれぞれ打ち消され、ワーク３の被加熱部に作用する水平方向の磁束成分のみが有効となる。このため、両線状対向部１１２、１２１の直下・直上に存在するワーク３の被加熱部に磁束が集中することになり、該被加熱部のみが局部的に集中加熱され、効率的な加熱が行われる。

なお、ワーク３の被加熱部が長尺にわたって連続的に存在する場合は、ワーク３またはコイルヘッド１の少なくとも一方を、被加熱部に沿って連続的に移動させればよい。

図４〜図６は、この発明の他の実施形態を示すものである。

この実施形態では、上下両コイル部１１、１２の各線状対向部１１２、１２１にフェライト等からなる磁性体５が装着されたものである。

より具体的に説明すると、上側の線状対向部１１２には、下向きに開口した断面コ字形の磁性体５が、線状対向部１１２の長さ方向の全長にわたって密着状態に嵌め込まれている。従って、線状対向部１１２は下面を除く前後両面及び上面が磁性体５によって被覆されている。

一方、下側の線状対向部１２１にも、上向きに開口した断面コ字形の磁性体５が、線状対向部１２１の長さ方向の全長にわたって密着状態に嵌め込まれている。従って、線状対向部１２１は上面を除く前後両面及び下面が磁性体５によって被覆されている。

このような磁性体５の存在により、線状対向部１１２、１２１によって生じる磁束をよりワークに集中させることができ、さらに一層加熱効率を上げることができる。

なお、磁性体５は線状対向部１１２、１２１の全長にわたって存在しなければならないものではなく、長さ方向の一部に設けられていればよい。また、線状対向部１１２、１２１の上下対向面を除く外周面を被覆した状態に設けなくても良く、前後の両面あるいは片面のみに設けられても良い。

また、上側の線状対向部１１２に装着された磁性体５の上端縁、下側の線状対向部１２１に装着された磁性体５の下端縁は、図４に示すように、コイル部１１、１２の中空部１１7、１２7の上下方向の中心高さC（図４では下側コイル部１２の中空部１２7の中心高さのみを示している）よりも他辺部（下側コイルの下辺部、上側コイルの上辺部）側へ突出しないように（中心高さを超えないように）することが望ましい。他辺部側へ突出すると、該他辺部により生じる磁束の影響が顕著になり、磁性体による効果が減少するおそれがあるからである。

また、ワーク３の被加熱部においては、線状対向部１１２、１２１の長さ方向の中央部に対向する部分よりも、長さ方向の端部付近に対向する部分に作用する磁束が弱い。このため、磁性体５を設ける場合には、図7に示すように、線状対向部１１２、１２１の長さ方向の中央部よりも、長さ方向の端部において、磁性体５の量を多くすることが望ましい。これにより、線状対向部１１２、１２１の長さ方向の端部から生じる磁束を増加させて、線状対向部１１２、１２１に対向するワーク３の被加熱部に対し、長さ方向の全体にわたって均一に磁束を作用させることができ、ひいては被加熱部を均一に加熱することができる。磁性体の量は、線状対向部１１２、１２１の端部に近づくに従って連続的に増加させても良いし、段階的に増加させても良い。図7の実施形態では、線状対向部１１２、１２１の長さ方向の両端部の前後両面に、板状磁性体を余分に接合してその量を増加させている。

なお、実際には、上下のコイル部１１、１２及び磁性体５は、絶縁樹脂などによりモールドして使用されるが、この実施形態ではモールド状態の図示は省略してある。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。

例えば、上下一対のコイル部１１、１２を縦形に配置し、ワーク３を水平状態でワーク挿入空間２に挿入したものとしたが、一対のコイル部１１、１２を横形に配置し、ワーク３を垂直状態でワーク挿入空間２に挿入して加熱を行っても良い。

１ コイルヘッド
１１ 上側コイル部
１２ 下側コイル部
１１２ 上側線状対向部
１２１ 下側線状対向部
２ ワーク挿入空間
３ ワーク
４ 高周波電源
５ 磁性体

Claims (8)

1. 棒状の導電材からなる１対の環状のコイル部が、ワーク挿入空間の両側においてワークに対して垂直状となるように配置されるとともに、前記各コイル部は前記導電材の長さ方向の一部に、ワーク挿入空間を挟んで平行状態に対向配置される線状対向部が形成され、かつ前記各コイル部にはそれぞれの線状対向部において相互逆向きとなる高周波電流が流されることを特徴とする高周波誘導加熱装置。
2. 前記各コイル部の線状対向部の対向面を除く外周面の少なくとも一部に、磁性体が設けられている請求項１に記載の高周波誘導加熱装置。
3. 前記磁性体の量は、前記線状対向部の長さ方向の端部の方が長さ方向の中央部よりも多く設定されている請求項２に記載の高周波誘導加熱装置。
4. 前記磁性体は、各コイル部の中心高さを超えないように設けられている請求項２または３に記載の高周波誘導加熱装置。
5. 棒状の導電材からなる１対の環状のコイル部が、ワーク挿入空間の両側においてワークに対して垂直状となるように配置されるとともに、前記各コイル部は前記導電材の長さ方向の一部に、ワーク挿入空間を挟んで平行状態に対向配置される線状対向部が形成された高周波誘導加熱装置を用い、
   前記各コイルの線状対向部間にワークを挿入した状態で、前記各コイル部にそれぞれの線状対向部において相互逆向きとなる高周波電流を流すことにより、前記ワークを高周波誘導加熱することを特徴とするワークの加熱方法。
6. 前記各コイル部の線状対向部の対向面を除く外周面の少なくとも一部に、磁性体が設けられている請求項５に記載のワークの加熱方法。
7. 前記磁性体の量は、前記線状対向部の長さ方向の端部の方が長さ方向の中央部よりも多く設定されている請求項５または６に記載のワークの加熱方法。
8. 前記磁性体は、各コイル部の中心高さを超えないように設けられている請求項６または７に記載のワークの加熱方法。

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