JP2019012667A

JP2019012667A - 加熱コイル及び加熱方法

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Publication number: JP2019012667A
Application number: JP2017129844A
Authority: JP
Inventors: 秀幸笹川; Hideyuki Sasagawa; 智一稲葉; Tomokazu Inaba
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: JP6991753B2

Abstract

【課題】ワークの加熱温度プロファイルを変更可能な加熱コイル及び加熱方法を提供する。【解決手段】加熱コイル１の加熱部５Ａは、互いに平行に延び且つ延在方向の一方の第１端部同士が接続される一対の導体２０、２１を含む表側導体部１０と、互いに平行に延び且つ延在方向の一方の第１端部同士が接続される一対の導体３０、３１を含む裏側導体部１１と、表側導体部１０の一対の導体から選ばれる一方の第２導体２１の第２端部、及び裏側導体部１１の一対の導体から選ばれる一方の第３導体３１の第２端部に着脱可能に接続される連結導体４０と、を有し、表側導体部１０の他方の第１導体２０の第２端部、及び裏側導体部１１の他方の第４導体３０の第２端部が、着脱可能にリード部３、４に取り付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、板状のワークを誘導加熱する加熱コイル及び加熱方法に関する。

板状のワークの誘導加熱に用いられる加熱コイルとして、ソレノイド方式の加熱コイルと、トランスバース方式の加熱コイルと、が知られている。

ソレノイド方式の加熱コイルは、ワークの表面に対して略平行な交番磁界を発生させる。この交番磁界によってワークに誘起される誘導電流は、ワークの幅方向の両端部間をワークの断面内で周回するように流れる。

一方、トランスバース方式の加熱コイルは、ワークの表面に対して略垂直な交番磁界を発生させ、この交番磁界によってワークに誘起される誘導電流は、ワークの幅方向の両端部間をワークの表面に沿って周回するように流れる。

一般に、上記の誘導電流の流れかたの相違に起因して、ソレノイド方式の加熱コイルによって誘導加熱されたワークの温度プロファイルは比較的均一となり、一方、トランスバース方式の加熱コイルによって誘導加熱されたワークの温度プロファイルは、ワークの幅方向の両端部の温度が相対的に上昇する。

特許文献１に記載された加熱コイルは、トランスバース方式の加熱コイルであり、ワークの表面に沿って配置され且つワークの幅方向にワークを横断して配置される一対の導体と、一対の導体の一端部同士を連結するクランプとを備え、一対の導体とクランプとによって、電流経路となるループを形成している。そして、一方の導体が他方の導体に対してワークの幅方向に移動可能となっており、ワークの幅に応じて、幅方向のループの長さが変更されている。

特公平７−７７０４号公報

ワークの形状は様々であり、ワークの加熱に求められる温度プロファイルも様々である。通常、ワーク毎に加熱コイルの試作が繰り返され、所望の温度プロファイルが達成されるが、試作にコストが嵩む。特許文献１に記載された加熱コイルでは、電流経路となるループの長さがワークの幅に応じて変更可能であるが、得られる温度プロファイルは、トランスバース方式の加熱コイルによって得られる温度プロファイルの域を出ない。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、ワークの温度プロファイルを変更可能な加熱コイル及び加熱方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の加熱コイルは、板状のワークを誘導加熱する加熱コイルであって、電源に接続されるリード部と、上記リード部に取り付けられる少なくとも一つの加熱部と、を備え、上記加熱部は、互いに平行に延び且つ延在方向の一方の第１端部同士が接続される一対の導体を含み、上記ワークの表面に沿って配置される表側導体部と、互いに平行に延び且つ延在方向の一方の第１端部同士が接続される一対の導体を含み、上記ワークの裏面に沿って配置される裏側導体部と、上記表側導体部の上記一対の導体から選ばれる一方の第２導体の第２端部、及び上記裏側導体部の上記一対の導体から選ばれる一方の第３導体の第２端部に着脱可能に接続され、上記表側導体部と上記裏側導体部とを連結する連結導体と、を有し、上記表側導体部の上記一対の導体のうち他方の第１導体の第２端部、及び上記裏側導体部の上記一対の導体のうち他方の第４導体の第２端部が、着脱可能に上記リード部に取り付けられる。

また、本発明の一態様の加熱方法は、上記加熱コイルを用いて板状のワークを誘導加熱する加熱方法であって、上記ワークの表面及び裏面と平行、且つ上記加熱コイルの上記加熱部の上記表側導体部及び上記裏側導体部それぞれの一対の導体の延在方向と直交する方向に、上記加熱コイルと上記ワークとを相対的に前後に揺動させながら上記ワークを誘導加熱する。

本発明によれば、ワークの加熱温度プロファイルを変更可能な加熱コイル及び加熱方法を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの一例の平面図である。図１の加熱コイルの側面図である。図１の加熱コイルの模式図である。図１の加熱コイルが発生させる交番磁界の一例の模式図である。図１の加熱コイルによって誘導加熱されたワークの温度プロファイルの一例のグラフである。図１の加熱コイルの調整例を示す平面図である。図１の加熱コイルの調整例を示す側面図である。図１の加熱部の導体が入れ替えられた加熱コイルの平面図である。図８の加熱コイルの側面図である。図８の加熱コイルの模式図である。図８の加熱コイルが発生させる交番磁界の一例の模式図である。図８の加熱コイルによって誘導加熱されたワークの温度プロファイルの一例のグラフである。本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの他の例の平面図である。図１３の加熱コイルの模式図である。図１３の加熱コイルが発生させる交番磁界の一例の模式図である。図１３の加熱コイルによって誘導加熱されたワークの温度プロファイルの一例のグラフである。図１３の一部の加熱部の導体が入れ替えられた加熱コイルの模式図である。図１７の加熱コイルが発生させる交番磁界の一例の模式図である。本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの他の例の模式図である。図１９の加熱コイルが発生させる交番磁界の一例の模式図である。図１９の加熱コイルによって誘導加熱されたワークの温度プロファイルの一例のグラフである。図１９の一部の加熱部の導体が入れ替えられた加熱コイルの模式図である。図２２の加熱コイルが発生させる交番磁界の一例の模式図である。

図１から図３は、本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの一例を示す。

図１から図３に示す加熱コイル１は、板状のワークＷの誘導加熱に用いられる加熱コイルである。加熱コイル１は、交流電源２に接続される一対のリード部３、４と、一対のリード部３、４に取り付けられる加熱部５Ａとを備える。そして、加熱部５Ａは、ワークＷの表面に沿って配置される表側導体部１０と、ワークＷの裏面に沿って配置される裏側導体部１１と、表側導体部１０と裏側導体部１１とを連結する連結導体４０とを有する。

表側導体部１０は、一対の導体２０、２１を含む。一対の導体２０、２１は、ワークＷの幅方向に延びて配置されている。そして、導体２０の延在方向の両端部のうち、ワークＷの幅方向の一方の端部Ｗａ側に配置されている第１端部２０ａと、導体２１の延在方向の両端部のうち、ワークＷの端部Ｗａ側に配置されている第１端部２１ａとは互いに接続されている。

裏側導体部１１は、一対の導体３０、３１を含む。一対の導体３０、３１は、ワークＷの幅方向に延びて配置されている。そして、導体３０の延在方向の両端部のうち、ワークＷの端部Ｗａ側に配置されている第１端部３０ａと、導体３１の延在方向の両端部のうち、ワークＷの端部Ｗａ側に配置されている第１端部３１ａとは互いに接続されている。

連結導体４０は、表側導体部１０の一対の導体から選ばれる一方の導体の、ワークＷの端部Ｗｂ側に配置されている第２端部と、裏側導体部１１の一対の導体から選ばれる一方の導体の、ワークＷの端部Ｗｂ側に配置されている第２端部とに接続され、これら二つの導体を互いに連結する。以下では、表側導体部１０の一対の導体のうち連結導体４０が接続される一方の導体を第２導体といい、他方の導体を第１導体という。また、裏側導体部１１の一対の導体のうち連結導体４０が接続される一方の導体を第３導体といい、他方の導体を第４導体という。

本例では、連結導体４０は、表側導体部１０の導体２１の第２端部２１ｂ及び裏側導体部１１の導体３１の第２端部３１ｂの各端部に接続され、導体２１と導体３１とを連結している。したがって、表側導体部１０の導体２０が第１導体であり、表側導体部１０の導体２１が第２導体であり、裏側導体部１１の導体３１が第３導体であり、裏側導体部１１の導体３０が第４導体である。そして、第１導体２０の第２端部２０ｂがリード部３に取り付けられ、第４導体３０の第２端部３０ｂがリード部４に取り付けられている。

表側導体部１０の第２導体２１は、第１端部２１ａから第２端部２１ｂに亘って直線状に形成されている。この第２導体２１に対して、表側導体部１０の第１導体２０の第２端部２０ｂが平行に配置され、第１導体２０の第１端部２０ａは、第２端部２０ｂに対して略直角に曲げられており、第１導体２０は、全体として略Ｌ字状に形成されている。この第１導体２０の第１端部２０ａと第２導体２１の第１端部２１ａとが互いに接続されてなる表側導体部１０は、電流経路となる略Ｕ字状のループを形成する。

リード部３に取り付けられる表側導体部１０の第１導体２０の第２端部２０ｂには、スリット５０が形成されたタブ５１が設けられている。スリット５０にボルト５２が挿し込まれ、このボルト５２によってタブ５１がリード部３に締結されることにより、第１導体２０はリード部３に着脱可能に取り付けられている。

また、裏側導体部１１の第３導体３１は、第１端部３１ａから第２端部３１ｂに亘って直線状に形成されている。この第３導体３１に対して、裏側導体部１１の第４導体３０の第２端部３０ｂが平行に配置され、第４導体３０の第１端部３０ａは、第２端部３０ｂに対して略直角に曲げられており、第４導体３０は、全体として略Ｌ字状に形成されている。第３導体３１の第１端部３１ａと第４導体３０の第１端部３０ａとが互いに接続されてなる裏側導体部１１もまた、電流経路となる略Ｕ字状のループを形成する。

リード部４に取り付けられる裏側導体部１１の第４導体３０の第２端部３０ｂには、スリット６０が形成されたタブ６１が設けられている。スリット６０にボルト６２が挿し込まれ、このボルト６２によってタブ６１がリード部４に締結されることにより、第４導体３０はリード部４に着脱可能に取り付けられている。

そして、リード部３に取り付けられる表側導体部１０の第１導体２０と、連結導体４０に接続される裏側導体部１１の第３導体３１とが、ワークＷを挟んで対向して配置されており、連結導体４０に接続される表側導体部１０の第２導体２１と、リード部４に取り付けられる裏側導体部１１の第４導体３０とが、ワークＷを挟んで対向して配置されている。

第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０の以上の位置関係において、連結導体４０は、略Ｓ字状に形成され、表側導体部１０の第２導体２１の第２端部２１ｂ及び裏側導体部１１の第３導体３１の第２端部３１ｂの各端部に着脱可能に接続され、第２導体２１と第３導体３１とを分離可能に連結している。

第２導体２１の第２端部２１ｂにはボルト７０が設けられており、連結導体４０の一方の端部がボルト７０によって第２導体２１の第２端部２１ｂに締結されることにより、連結導体４０は第２導体２１の第２端部２１ｂに着脱可能に接続されている。同様に、第３導体３１の第２端部３１ｂにはボルト７１が設けられており、連結導体４０の他方の端部がボルト７１によって第３導体３１の第２端部３１ｂに締結されることにより、連結導体４０は第３導体３１の第２端部３１ｂに着脱可能に接続されている。

さらに本例では、表側導体部１０の第１導体２０の第１端部２０ａと第２導体２１の第１端部２１ａとが着脱可能に接続され、且つ第２導体２１の第１端部２１ａにおける接続箇所が、第２導体２１の延在方向、すなわちワークＷの幅方向に変更可能とされている。そして、第２導体２１の第１端部２１ａにおける接続箇所の変更に対応して、第１導体２０が、ワークＷの幅方向にスライド可能にリード部３に取り付けられている。これにより、表側導体部１０が形成する電流経路としてのループの長さＬ１が、ワークＷの幅方向に可変となっている。

具体的には、第２導体２１の第１端部２１ａには、複数のボルト（第１導体接続部）５３が設けられており、複数のボルト５３から選択される一つのボルト５３によって第１導体２０の第１端部２０ａが第２導体２１の第１端部２１ａに締結されることにより、第１導体２０の第１端部２０ａと第２導体２１の第１端部２１ａとは着脱可能に互いに接続されている。そして、第１導体２０の第１端部２０ａを締結するボルト５３が変更されることにより、第２導体２１の第１端部２１ａにおける接続箇所が、第２導体２１の延在方向、すなわちワークＷの幅方向に変更される。また、第１導体２０の第２端部２０ｂに設けられているタブ５１のスリット５０が、第２端部２０ｂの延在方向、すなわちワークＷの幅方向に延びて形成されていることにより、第１導体２０は、ワークＷの幅方向にスライド可能にリード部３に取り付けられている。

同様に、裏側導体部１１の第３導体３１の第１端部３１ａと第４導体３０の第１端部３０ａもまた着脱可能に接続され、且つ第３導体３１の第１端部３１ａにおける接続箇所が、第３導体３１の延在方向、すなわちワークＷの幅方向に変更可能とされている。そして、第３導体３１の第１端部３１ａにおける接続箇所の変更に対応して、第４導体３０が、ワークＷの幅方向にスライド可能にリード部４に取り付けられている。これにより、裏側導体部１１が形成する電流経路としてのループの長さＬ２が、ワークＷの幅方向に可変となる。

具体的には、第３導体３１の第１端部３１ａには、複数のボルト（第４導体接続部）６３が設けられており、複数のボルト６３から選択される一つのボルト６３によって第４導体３０の第１端部３０ａが第３導体３１の第１端部３１ａに締結されることにより、第３導体３１の第１端部３１ａと第４導体３０の第１端部３０ａとは着脱可能に互いに接続されている。そして、第４導体３０の第１端部３０ａを締結するボルト６３が変更されることにより、第３導体３１の第１端部３１ａにおける接続箇所が、第３導体３１の延在方向、すなわちワークＷの幅方向に変更される。また、第４導体３０の第２端部３０ｂに設けられているタブ６１のスリット６０が、第２端部３０ｂの延在方向、すなわちワークＷの幅方向に延びて形成されていることにより、第４導体３０は、ワークＷの幅方向にスライド可能にリード部４に取り付けられている。

第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０、及び連結導体４０の各導体は、銅等の金属材料からなる筒材からなる。各導体の内部は、冷却媒体が流通される流路とされるが、本例では、各導体が互いに着脱可能に接続されるため、各導体の内部の流路は導体毎に独立して構成されている。このため、各導体には、冷却媒体の供給口及び排出口（いずれも不図示）が設けられている。

図４は、第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０、及び連結導体４０の導体セットによって構成される加熱部５Ａが発生させる交番磁界の一例を示し、図５は、図４の交番磁界によって誘導加熱されたワークＷの温度プロファイルの一例を示す。なお、図５において、温度はグレースケールで示されており、暗い程に温度が高いものとする。

第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０の上記の位置関係において、加熱部５Ａは、磁束線がワークＷの表面及び裏面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ１を発生させる。この交番磁界Φ１によってワークＷに誘起される誘導電流Ｉ１は、第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、及び第４導体３０に沿って、ワークＷの表面及び裏面を周回するように流れる。すなわち、加熱部５Ａはトランスバース方式の加熱部と言うことができる。この加熱部５Ａによって誘導加熱されたワークＷの温度プロファイルは、幅方向の両端部Ｗａ、Ｗｂの温度が幅方向の中央部の温度に比べて高いものとなる。

図５に示した温度プロファイルは、加熱部５ＡとワークＷとの位置関係が固定の場合の温度プロファイルであるが、ワークＷの長手方向、換言すれば、ワークＷの表面及び裏面と平行、且つ加熱部５Ａの第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０の延在方向と直交する方向に加熱コイル１（加熱部５Ａ）とワークＷとを相対的に前後に揺動させながらワークＷを誘導加熱してもよい。この場合に、上記温度プロファイルにて加熱される加熱域が、揺動ストロークに応じて、ワークＷの長手方向に拡大される。

なお、本例では、上記のとおり、表側導体部１０の第２導体２１の第１端部２１ａにおける第１導体２０との接続箇所がワークＷの幅方向に変更可能とされ、且つ第１導体２０がワークＷの幅方向にスライド可能にリード部３に取り付けられている。同様に、裏側導体部１１の第３導体３１の第１端部３１ａにおける第４導体３０との接続箇所がワークＷの幅方向に変更可能とされ、且つ第４導体３０がワークＷの幅方向にスライド可能にリード部４に取り付けられている。これにより、図６に示すように、表側導体部１０が形成する電流経路としてのループの長さＬ１及び裏側導体部１１が形成する電流経路としてのループの長さＬ２をワークＷの幅に合わせて変更でき、加熱コイル１を種々の幅のワークＷに対して適用可能である。

また、図７に示すように、リード部３と、リード部３に着脱可能に取り付けられる第１導体２０との間、及び／又はリード部４と、リード部４に着脱可能に取り付けられる第４導体３０との間に、導電性のスペーサ１２を介在させることによって、表側導体部１０と裏側導体部１１との間隔Ｇを、ワークＷの厚みに応じて変更でき、併せて表側導体部１０と裏側導体部１１との間隔Ｇに応じた長さの連結導体４０を用いることにより、加熱コイル１を種々の厚みのワークＷに対して適用可能である。

図８から図１０は、加熱部の導体が入れ替えられた加熱コイル１を示す。

図８から図１０に示す加熱コイル１の加熱部５Ｂは、一対の導体２０、２１を含む表側導体部１０と、一対の導体３２、３３を含む裏側導体部１１と、表側導体部１０と裏側導体部１１とを連結する連結導体４１とを備える。すなわち、図７及び図８に示す加熱部５Ｂは、図１及び図２に示した加熱部５Ａに対して、裏側導体部１１を構成する一対の導体と、表側導体部１０と裏側導体部１１とを連結する連結導体とが入れ替えられている。

裏側導体部１１の一対の導体３２、３３は、ワークの幅方向に延びて配置されている。そして、導体３２の延在方向の両端部のうち、ワークの端部Ｗａ側に配置されている第１端部３２ａと、導体３３の延在方向の両端部のうち、ワークの端部Ｗａ側に配置されている第１端部３３ａとは、互いに着脱可能に接続されている。

連結導体４１は、表側導体部１０の導体２１の第２端部２１ｂと、裏側導体部１１の導体３３の第２端部３３ｂとに着脱可能に接続され、導体２１と導体３３とを分離可能に連結している。したがって、加熱部５Ｂにおいては、表側導体部１０の導体２０が第１導体であり、表側導体部１０の導体２１が第２導体であり、裏側導体部１１の導体３３が第３導体であり、裏側導体部１１の導体３２が第４導体である。第１導体２０の第２端部２０ｂは、リード部３に着脱可能に取り付けられ、また、第４導体３２の第２端部３２ｂは、リード部４に着脱可能に取り付けられている。

裏側導体部１１の第３導体３３は、第１端部３３ａから第２端部３３ｂに亘って直線状に形成されている。この第３導体３３に対して、裏側導体部１１の第４導体３２の第２端部３２ｂが平行に配置され、第４導体３２の第１端部３２ａは、第２端部３２ｂに対して略直角に曲げられており、第４導体３２は、全体として略Ｌ字状に形成されている。第３導体３３の第１端部３３ａと第４導体３２の第１端部３２ａとが互いに接続されてなる裏側導体部１１は、電流経路となる略Ｕ字状のループを形成する。

そして、リード部３に取り付けられる表側導体部１０の第１導体２０と、リード部４に取り付けられる裏側導体部１１の第４導体３２とが、ワークＷを挟んで対向して配置されており、連結導体４１に接続される表側導体部１０の第２導体２１と、連結導体４１に接続される裏側導体部１１の第３導体３３とが、ワークＷを挟んで対向して配置されている。

第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２の以上の位置関係において、連結導体４１は、直線状に形成され、表側導体部１０の第２導体２１の第２端部２１ｂと、裏側導体部１１の第３導体３３の第２端部３３ｂとを連結している。

図１１は、第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２、及び連結導体４１の導体セットによって構成される加熱部５Ｂが発生させる交番磁界の一例を示し、図１２は、図１１の交番磁界によって誘導加熱されたワークＷの温度プロファイルの一例を示す。

第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２の上記の位置関係において、加熱部５Ｂは、磁束線がワークＷの長手方向に垂直な断面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ２を発生させ、この交番磁界Φ２によってワークＷに誘起される誘導電流Ｉ２は、第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２に沿って、ワークＷの断面を周回するように流れる。すなわち、加熱部５Ｂはソレノイド方式の加熱部と言うことができる。この加熱部５Ｂによって誘導加熱されたワークＷの温度プロファイルは、図５に示した温度プロファイルに比べて、ワークＷの幅方向に均一化されたものとなる。

図１２に示した温度プロファイルは、加熱部５ＢとワークＷとの位置関係が固定の場合の温度プロファイルであるが、ワークＷの長手方向に加熱コイル１（加熱部５Ｂ）とワークＷとを相対的に前後に揺動させながらワークＷを誘導加熱してもよい。この場合に、上記温度プロファイルにて加熱される加熱域が、揺動ストロークに応じて、ワークＷの長手方向に拡大される。

なお、加熱部５Ｂにおいても、図１から図３に示した加熱部５Ａと同様にして、表側導体部１０が形成する電流経路としてのループの長さＬ１及び裏側導体部１１が形成する電流経路としてのループの長さＬ２を、ワークＷの幅に合わせて変更でき、また、導電性のスペーサ１２（図７参照）を用いて、表側導体部１０と裏側導体部１１との間隔Ｇを、ワークＷの厚みに合わせて変更できる。

このように、ワークＷの表面に沿う電流経路としての略Ｕ字状のループを形成している表側導体部１０の一対の導体から選ばれる一方の第２導体２１と、ワークＷの裏面に沿う電流経路としての略Ｕ字状のループを形成している裏側導体部１１の一対の導体から選ばれる一方の第３導体３１（３３）とを連結導体４０（４１）によって分離可能に連結し、且つ、表側導体部１０の一対の導体のうち他方の第１導体２０を着脱可能にリード部３に取り付け、裏側導体部１１の一対の導体のうち他方の第４導体３０（３２）を、着脱可能にリード部４に取り付けることにより、加熱部の構成をトランスバース方式の加熱部５Ａとソレノイド方式の加熱部５Ｂとで容易に変更することができる。これにより、ワークＷの温度プロファイルを変更でき、所望の温度プロファイルを達成する加熱コイルの試作コストを低減できる。

図１３及び図１４は、本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの他の例を示す。

図１３及び図１４に示す加熱コイル１０１は、板状のワークＷの誘導加熱に用いられる加熱コイルである。加熱コイル１０１は、交流電源２に接続される一対のリード部１０３、１０４と、一対のリード部１０３、１０４に取り付けられる複数の加熱部とを備え、図示の例では、４つの加熱部５ＡがワークＷの長手方向に間隔をあけて配置され、リード部１０３、１０４にそれぞれ取り付けられている。すなわち、４つの加熱部それぞれの第１導体、第２導体、第３導体、及び第４導体の位置関係が、これら４つの加熱部間で同一となっている。

本例では、リード部１０３には、ワークＷの長手方向に所定ピッチで間隔をあけて複数のタップ孔５５が設けられている。同様に、リード部１０４には、ワークＷの長手方向に所定ピッチで間隔をあけて複数のタップ孔６５が設けられている。各加熱部５Ａの第１導体２０をリード部１０３に締結するボルト５２が、複数のタップ孔５５から選択される適宜な一つのタップ孔５５に固定され、各加熱部５Ａの第４導体３０をリード部１０４に締結するボルト６２が、複数のタップ孔６５から選択される適宜な一つのタップ孔６５に固定されることにより、各加熱部５Ａは、所定ピッチで位置可変に、リード部１０３、１０４に取り付けられる。

図１５は、４つの加熱部５ＡがワークＷの長手方向に並ぶ加熱コイル１０１か発生させる交番磁界の一例を示し、図１６は、図１５の交番磁界によって誘導加熱されたワークＷの温度プロファイルの一例を示す。

各加熱部５Ａは、上記のとおり、磁束線がワークＷの表面及び裏面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ１を発生させ、この交番磁界Φ１によってワークＷに誘起される誘導電流は、各加熱部５Ａの第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０に沿って、ワークＷの表面及び裏面を周回するように流れる。

ここで、４つの加熱部がいずれも加熱部５Ａであり、隣り合う２つの加熱部５Ａそれぞれの第１導体、第２導体、第３導体、及び第４導体の位置関係が、これら２つの加熱部間で同じである。このため、隣り合う二つの加熱部５Ａの間に位置するワークＷの領域Ｗｃでは、一方の加熱部５Ａの交番磁界Φ１によって誘起される誘導電流と、他方の加熱部５Ａの交番磁界Φ１によって誘起される誘導電流とが、任意の時点で、互いに逆向きとなって打ち消し合う。したがって、ワークＷは、各加熱部５Ａと対向している局所領域のみ誘導加熱される。

図１７は、一部の加熱部の導体が入れ替えられた加熱コイル１０１を示す。

図１７に示す加熱コイル１０１は、４つの加熱部がワークＷの長手方向に間隔をあけて配置され、リード部１０３、１０４にそれぞれ取り付けられており、４つの加熱部として、加熱部５Ａと、加熱部５Ｃとが交互に配置されている。

加熱部５Ｃは、一対の導体２２、２３を含む表側導体部１０と、一対の導体３２、３３を含む裏側導体部１１と、表側導体部１０と裏側導体部１１とを連結する連結導体４２とを備える。すなわち、加熱部５Ｃは、加熱部５Ａに対して、表側導体部１０を構成する一対の導体と、裏側導体部１１を構成する一対の導体と、表側導体部１０と裏側導体部１１とを連結する連結導体とが入れ替えられている。

表側導体部１０の一対の導体２２、２３は、ワークの幅方向に延びて配置されている。そして、導体２２の延在方向の両端部のうち、ワークの端部Ｗａ側に配置されている第１端部２２ａと、導体２３の延在方向の両端部のうち、ワークの端部Ｗａ側に配置されている第１端部２３ａとは、互いに着脱可能に接続されている。

連結導体４２は、表側導体部１０の導体２３の第２端部２３ｂと、裏側導体部１１の導体３３の第２端部３３ｂとに着脱可能に接続され、導体２３と導体３３とを分離可能に連結している。したがって、加熱部５Ｂにおいては、表側導体部１０の導体２２が第１導体であり、表側導体部１０の導体２３が第２導体であり、裏側導体部１１の導体３３が第３導体であり、裏側導体部１１の導体３２が第４導体である。第１導体２２の第２端部２２ｂは、リード部１０３に着脱可能に取り付けられ、また、第４導体３２の第２端部３２ｂは、リード部１０４に着脱可能に取り付けられている。

表側導体部１０の第２導体２３は、第１端部２３ａから第２端部２３ｂに亘って直線状に形成されている。この第２導体２３に対して、表側導体部１０の第１導体２２の第２端部２２ｂが平行に配置され、第１導体２２の第１端部２２ａは、第２端部２２ｂに対して略直角に曲げられており、第１導体２２は、全体として略Ｌ字状に形成されている。この第１導体２２の第１端部２２ａと第２導体２３の第１端部２３ａとが互いに接続されてなる表側導体部１０は、電流経路となる略Ｕ字状のループを形成する。

そして、リード部１０３に取り付けられる表側導体部１０の第１導体２２と、連結導体４２に接続される裏側導体部１１の第３導体３３とが、ワークＷを挟んで対向して配置されており、連結導体４２に接続される表側導体部１０の第２導体２３と、リード部１０４に取り付けられる裏側導体部１１の第４導体３２とが、ワークＷを挟んで対向して配置されている。

第１導体２２、第２導体２３、第３導体３３、第４導体３２の以上の位置関係において、連結導体４２は、略Ｓ字状に形成され、表側導体部１０の第２導体２３の第２端部２３ｂ及び裏側導体部１１の第３導体３３の第２端部３３ｂの各端部に着脱可能に接続され、第２導体２３と第３導体３３とを分離可能に連結している。

さらに、加熱部５Ｃの第１導体２２、第２導体２３、第３導体３３、第４導体３２の位置関係は、隣り合う加熱部５Ａの第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０の位置関係に対して対称となっている。換言すれば、加熱部５Ａの電流経路と、加熱部５Ｃの電流経路とは対称となっている。

図１８は、加熱部５Ａと加熱部５ＣとがワークＷの長手方向に交互に並ぶ加熱コイル１０１か発生させる交番磁界の一例を示す。

加熱部５Ａは、上記のとおり、磁束線がワークＷの表面及び裏面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ１を発生させ、この交番磁界Φ１によってワークＷに誘起される誘導電流は、各加熱部５Ａの第１導体２０、第２導体２１、第３導体３１、第４導体３０に沿って、ワークＷの表面及び裏面を周回するように流れる。

加熱部５Ｃもまた、磁束線がワークＷの表面及び裏面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ３を発生させ、この交番磁界Φ３によってワークＷに誘起される誘導電流は、加熱部５Ｃの第１導体２２、第２導体２３、第３導体３３、第４導体３２に沿って、ワークＷの表面及び裏面を周回するように流れる。

さらに、隣り合う加熱部５Ａと加熱部５Ｃそれぞれの第１導体、第２導体、第３導体、及び第４導体の位置関係が、これら２つの加熱部間で対称であることから、隣り合う二つの加熱部５Ａ、５Ｃの間に位置するワークＷの領域Ｗｃでは、加熱部５Ａの交番磁界Φ１によって誘起される誘導電流と、加熱部５Ｃの交番磁界Φ３によって誘起される誘導電流とが、任意の時点で、互いに同じ向きとなって強めあう。

各加熱部５Ａ、５Ｃは、所定ピッチで位置可変に、リード部１０３、１０４に取り付けられていることから、各加熱部５Ａの交番磁界Φ１と、加熱部５Ｃの交番磁界Φ３とが合成される程に、隣り合う２つの加熱部５Ａ、５Ｃの間隔を接近させることにより、隣り合う二つの加熱部５Ａ、５Ｃの間に位置するワークＷの領域Ｗｃにも十分な誘導電流が流れる。

これにより、ワークＷは、各加熱部５Ａ、５Ｃと対向している局所領域が誘導加熱されるとともに、隣り合う２つの加熱部５Ａ、５Ｃの間に位置する領域Ｗｃもまた誘導加熱され、図１６に示した温度プロファイルとは異なる温度プロファイルが得られる。

図１３及び図１４に示した加熱コイル１０１及び図１７に示した加熱コイル１０１についても、ワークＷの長手方向に加熱コイル１０１とワークＷとを相対的に前後に揺動させながらワークＷを誘導加熱してもよい。

図１９は、本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの他の例を示す。

図１９に示す加熱コイル２０１は、板状のワークＷの誘導加熱に用いられる加熱コイルである。加熱コイル２０１は、交流電源２に接続される一対のリード部２０３、２０４と、一対のリード部２０３、２０４に取り付けられる複数の加熱部とを備え、図示の例では、４つの加熱部５ＢがワークＷの長手方向に間隔をあけて配置され、リード部２０３、２０４にそれぞれ取り付けられている。すなわち、４つの加熱部それぞれの第１導体、第２導体、第３導体、及び第４導体の位置関係が、これら４つの加熱部間で同一となっている。なお、本例において、各加熱部５Ｂは、所定ピッチで位置可変に、リード部２０３、２０４に取り付けられている。

図２０は、４つの加熱部５ＢがワークＷの長手方向に並ぶ加熱コイル２０１か発生させる交番磁界の一例を示し、図２１は、図２０の交番磁界によって誘導加熱されたワークＷの温度プロファイルの一例を示す。

各加熱部５Ｂは、上記のとおり、磁束線がワークＷの長手方向に垂直な断面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ２を発生させ、この交番磁界Φ２によってワークＷに誘起される誘導電流は、第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２に沿って、ワークＷの断面を周回するように流れる。

ここで、４つの加熱部がいずれも加熱部５Ｂであり、隣り合う２つの加熱部５Ｂそれぞれの第１導体、第２導体、第３導体、及び第４導体の位置関係が、これら２つの加熱部間で同じである。このため、隣り合う二つの加熱部５Ｂの間に位置するワークＷの領域Ｗｃでは、一方の加熱部５Ｂの交番磁界Φ２によって誘起される誘導電流と、他方の加熱部５Ｂの交番磁界Φ２によって誘起される誘導電流とが、任意の時点で互いに逆向きとなって打ち消し合う。したがって、ワークＷは、各加熱部５Ｂと対向している局所領域のみ誘導加熱される。

図２２は、一部の加熱部の導体が入れ替えられた加熱コイル２０１を示す。

図２２に示す加熱コイル２０１は、４つの加熱部がワークＷの長手方向に間隔をあけて配置され、リード部２０３、２０４にそれぞれ取り付けられており、４つの加熱部として、加熱部５Ｂと、加熱部５Ｄとが交互に配置されている。

加熱部５Ｄは、一対の導体２２、２３を含む表側導体部１０と、一対の導体３０、３１を含む裏側導体部１１と、表側導体部１０と裏側導体部１１とを連結する連結導体４１とを備える。すなわち、加熱部５Ｄは、加熱部５Ｂに対して、表側導体部１０を構成する一対の導体と、裏側導体部１１を構成する一対の導体とが入れ替えられている。

裏側導体部１１の一対の導体３０、３１は、ワークの幅方向に延びて配置されている。そして、導体３０の延在方向の両端部のうち、ワークの端部Ｗａ側に配置されている第１端部３０ａと、導体３１の延在方向の両端部のうち、ワークの端部Ｗａ側に配置されている第１端部３１ａとは、互いに着脱可能に接続されている。

連結導体４１は、表側導体部１０の導体２３の第２端部２３ｂと、裏側導体部１１の導体３１の第２端部３１ｂとに着脱可能に接続され、導体２３と導体３１とを分離可能に連結している。したがって、加熱部５Ｄにおいて、表側導体部１０の導体２２が第１導体であり、表側導体部１０の導体２３が第２導体であり、裏側導体部１１の導体３１が第３導体であり、裏側導体部１１の導体３０が第４導体である。第１導体２２の第２端部２２ｂは、リード部２０３に着脱可能に取り付けられ、また、第４導体３０の第２端部３０ｂは、リード部２０４に着脱可能に取り付けられている。

そして、リード部２０３に取り付けられる表側導体部１０の第１導体２２と、リード部２０４に取り付けられる裏側導体部１１の第４導体３０とが、ワークＷを挟んで対向して配置されており、連結導体４１に接続される表側導体部１０の第２導体２３と、連結導体４１に接続される裏側導体部１１の第３導体３１とが、ワークＷを挟んで対向して配置されている。

第１導体２２、第２導体２３、第３導体３１、第４導体３０の以上の位置関係において、連結導体４１は、直線状に形成され、表側導体部１０の第２導体２３の第２端部２３ｂと、裏側導体部１１の第３導体３１の第２端部３１ｂとを連結している。

さらに、加熱部５Ｄの第１導体２２、第２導体２３、第３導体３１、第４導体３０の位置関係は、隣り合う加熱部５Ｂの第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２の位置関係に対して対称となっている。換言すれば、加熱部５Ｂの電流経路と、加熱部５Ｄの電流経路とは対称となっている。

図２３は、加熱部５Ｂと加熱部５ＤとがワークＷの長手方向に交互に並ぶ加熱コイル２０１か発生させる交番磁界の一例を示す。

加熱部５Ｂは、上記のとおり、磁束線がワークＷの長手方向に垂直な断面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ２を発生させ、この交番磁界Φ２によってワークＷに誘起される誘導電流は、第１導体２０、第２導体２１、第３導体３３、第４導体３２に沿って、ワークＷの断面を周回するように流れる。

加熱部５Ｄもまた、磁束線がワークＷの長手方向に垂直な断面に対して略垂直に交わる交番磁界Φ４を発生させ、この交番磁界Φ４によってワークＷに誘起される誘導電流は、第１導体２２、第２導体２３、第３導体３１、第４導体３０に沿って、ワークＷの断面を周回するように流れる。

さらに、隣り合う加熱部５Ｂと加熱部５Ｄそれぞれの第１導体、第２導体、第３導体、及び第４導体の位置関係が、これら２つの加熱部間で対称であることから、隣り合う２つの加熱部５Ｂ、５Ｄの間に位置するワークＷの領域Ｗｃでは、加熱部５Ｂの交番磁界Φ２によって誘起される誘導電流と、加熱部５Ｄの交番磁界Φ４によって誘起される誘導電流とが、任意の時点で、互いに同じ向きとなって強めあう。

各加熱部５Ｂ、５Ｄは、所定ピッチで位置可変に、リード部２０３、２０４に取り付けられていることから、加熱部５Ｂの交番磁界Φ２と、加熱部５Ｄの交番磁界Φ４とが合成される程に、隣り合う２つの加熱部５Ｂ、５Ｄの間隔を狭めることにより、隣り合う二つの加熱部５Ｂ、５Ｄの間に位置するワークＷの領域Ｗｃにも十分な誘導電流を流すことが可能となる。

これにより、ワークＷは、各加熱部５Ｂ、５Ｄと対向している局所領域が誘導加熱されるとともに、隣り合う２つの加熱部５Ｂ、５Ｄの間に位置する領域Ｗｃもまた誘導加熱され、図２１に示した温度プロファイルとは異なる温度プロファイルが得られる。

図１９に示した加熱コイル２０１及び図２２に示した加熱コイル２０１についても、ワークＷの長手方向に加熱コイル２０１とワークＷとを相対的に前後に揺動させながらワークＷを誘導加熱してもよい。

このように、隣り合う２つの加熱部の方式（トランスバース方式又はソレノイド方式）が同じであっても、加熱部それぞれの前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、及び前記第４導体の位置関係を、これら２つの加熱部間で同一とするか又は対称とするかによって、ワークＷの温度プロファイルを変更でき、所望の温度プロファイルを達成する加熱コイルの試作コストを低減できる。

なお、加熱コイル１０１ではトランスバース方式の加熱部５Ａ、５Ｂを用い、加熱コイル２０１ではソレノイド方式の加熱部５Ｃ，５Ｄを用いたが、一つの加熱コイルにおいて、トランスバース方式の加熱部５Ａ、５Ｂと、ソレノイド方式の加熱部５Ｃ、５Ｄを混在させてもよく、これにより、さらに多様なワークＷの温度プロファイルを得ることができる。

１加熱コイル
２交流電源
３リード部
４リード部
５Ａ加熱部
５Ｂ加熱部
５Ｃ加熱部
５Ｄ加熱部
１０表側導体部
１１裏側導体部
１２スペーサ
２０〜２３導体
３０〜３３導体
４０〜４２連結導体
５０スリット
５１タブ
５２ボルト
５３ボルト（第１導体接続部）
５５タップ孔
６０スリット
６１タブ
６２ボルト
６３ボルト（第４導体接続部）
６５タップ孔
７０ボルト
７１ボルト
１０１加熱コイル
２０１加熱コイル
Ｗワーク
Φ１〜Φ４交番磁界

Claims

板状のワークを誘導加熱する加熱コイルであって、
電源に接続されるリード部と、
前記リード部に取り付けられる少なくとも一つの加熱部と、
を備え、
前記加熱部は、
互いに平行に延び且つ延在方向の一方の第１端部同士が接続される一対の導体を含み、前記ワークの表面に沿って配置される表側導体部と、
互いに平行に延び且つ延在方向の一方の第１端部同士が接続される一対の導体を含み、前記ワークの裏面に沿って配置される裏側導体部と、
前記表側導体部の前記一対の導体から選ばれる一方の第２導体の第２端部、及び前記裏側導体部の前記一対の導体から選ばれる一方の第３導体の第２端部に着脱可能に接続され、前記表側導体部と前記裏側導体部とを連結する連結導体と、
を有し、
前記表側導体部の前記一対の導体のうち他方の第１導体の第２端部、及び前記裏側導体部の前記一対の導体のうち他方の第４導体の第２端部が、着脱可能に前記リード部に取り付けられる加熱コイル。
請求項１記載の加熱コイルであって、
前記表側導体部は、前記第１導体の前記第２端部と前記リード部との間に着脱可能に固定される導電性のスペーサをさらに含む加熱コイル。
請求項１又は２記載の加熱コイルであって、
前記裏側導体部は、前記第４導体の前記第２端部と前記リード部との間に着脱可能に固定される導電性のスペーサをさらに含む加熱コイル。
請求項１から３のいずれか一項記載の加熱コイルであって、
前記第２導体の前記第１端部には、前記第２導体の延在方向に間隔をあけて、複数の第１導体接続部が設けられており、
前記第１導体の前記第１端部は、前記複数の第１導体接続部から選ばれる一つの第１導体接続部に着脱可能に接続され、
前記第１導体の前記第２端部は、前記第１導体の延在方向にスライド可能に前記リード部に取り付けられる加熱コイル。
請求項１から４のいずれか一項記載の加熱コイルであって、
前記第３導体の前記第１端部には、前記第３導体の延在方向に間隔をあけて、複数の第４導体接続部が設けられており、
前記第４導体の前記第１端部は、前記複数の第４導体接続部から選ばれる一つの第４導体接続部に着脱可能に接続され、
前記第４導体の前記第２端部は、前記第４導体の延在方向にスライド可能に前記リード部に取り付けられる加熱コイル。
請求項１から５のいずれか一項記載の加熱コイルであって、
複数の前記加熱部を備え、
前記複数の加熱部は、前記導体の前記延在方向に対して直交方向に間隔をあけて配置され、前記リード部に取り付けられる加熱コイル。
請求項６記載の加熱コイルであって、
前記複数の加熱部は、前記直交方向に所定ピッチで位置可変に、前記リード部に取り付けられる加熱コイル。
請求項６又は７記載の加熱コイルであって、
前記複数の加熱部それぞれの前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、及び前記第４導体の位置関係が、当該複数の加熱部間で同一である加熱コイル。
請求項６又は７記載の加熱コイルであって、
前記複数の加熱部のうち隣り合う二つの加熱部それぞれの前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、及び前記第４導体の位置関係が、当該二つの加熱部間で対称である加熱コイル。
請求項１から９のいずれか一項記載の加熱コイルを用いて板状のワークを誘導加熱する加熱方法であって、
前記ワークの表面及び裏面と平行、且つ前記加熱コイルの前記加熱部の前記表側導体部及び前記裏側導体部それぞれの一対の導体の延在方向と直交する方向に、前記加熱コイルと前記ワークとを相対的に前後に揺動させながら前記ワークを誘導加熱する加熱方法。