JP3761328B2 - Induction heating coil - Google Patents
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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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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12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26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10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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【図4】硬化層深さを示すグラフである。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating coil for induction heating a flat portion of an object to be heated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, induction hardening in which a part of an object to be heated such as a steel member is heated using induction heating, and the heated part is quenched and hardened is widely used. There are various shapes in the object to be heated, and there are various shapes in the part to be heated. As an example of this, there is a case where a planar portion of an object to be heated is induction-heated and rapidly cooled to be cured.
[0003]
When induction heating a flat portion of an object to be heated, for example, an induction heating coil having a conductor portion facing the flat portion with substantially the same area as the flat portion is used. When the area of the plane portion is large, an induction heating coil having a wide conductor portion is used according to the area. In addition, the planar portion may be induction-heated using an induction heating coil called a pancake-type coil having a spiral conductor portion.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when an induction heating coil or a pancake type induction heating coil having a conductor portion having substantially the same area as that of the flat portion is used for induction heating and quenching the flat portion of the object to be heated, the hard portion depends on the position of the flat portion. It has been found by the present inventor that unevenness in the thickness distribution may occur. Such unevenness in the hardness distribution may have some problems in the cooling method after heating. However, even if the cooling method was changed variously, the unevenness of hardness distribution could not be solved.
[0005]
Then, this inventor considered that there was a problem in the induction heating method which heats the plane part of to-be-heated material, and examined the induction heating method. As a result, when an induction heating coil having a conductor portion having substantially the same area as the planar portion of the object to be heated is used, the density of current flowing at both ends in the width direction of the conductor portion is higher than the density of current flowing in the center portion in the width direction. It was found that the flat part of the object to be heated could not be heated uniformly. Similarly, it has been found that when a pancake type induction heating coil is used, the planar portion of the object to be heated may not be heated uniformly.
[0006]
An object of this invention is to provide the induction heating coil which can heat the plane part of a to-be-heated object uniformly in view of the said situation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first induction heating coil of the present invention is an induction heating coil for induction heating a flat portion of an object to be heated.
(1) Each has a plurality of parallel conductor portions facing each of the above-described plane portions and each carrying a current in the same direction.
[0008]
here,
(2) The plurality of conductor portions may be composed of two conductor portions that are close to each other and extend in the same direction.
[0009]
Moreover, the second induction heating coil of the present invention for achieving the above object is an induction heating coil for induction heating a flat portion of an object to be heated.
(3) A first conductor portion extending in a predetermined direction and connected to a high-frequency power source via a lead (4) A second conductor portion (5) extending from the rear end of the first conductor portion in a direction intersecting the predetermined direction A third conductor portion (6) extending from the rear end of the second conductor portion in a direction opposite to the predetermined direction and away from the rear end of the first conductor portion. A fourth conductor part (7) bent in a right angle and extending in a direction away from the tip of the second conductor part (7) extends substantially in parallel with the third conductor part from the rear end of the fourth conductor part. Fifth conductor portion (8) having the same length Folded at a substantially right angle from the rear end of the fifth conductor portion, and extended in a direction away from the rear end of the second conductor portion (9) The sixth conductor A seventh conductor portion extending in parallel to the fifth conductor portion from the rear end of the portion and having substantially the same length as the fifth conductor portion 10) An eighth conductor portion (11) which is bent at a substantially right angle from the rear end of the seventh conductor portion and extends in a direction approaching the rear end of the fourth conductor portion. A ninth conductor portion (12) having the same length as the fifth conductor portion, extending in parallel to the fifth conductor portion from the rear end of the eighth conductor portion in the vicinity of the fifth conductor portion. A tenth conductor portion (13) extending in a direction substantially orthogonal to the rear end of the first conductor portion and extending in a direction approaching the rear end of the first conductor portion, extending in parallel to the first conductor portion from the rear end of the tenth conductor portion, And an eleventh conductor portion connected to the high-frequency power source.
[0010]
Here, the plane portion referred to in the present invention is a concept including not only a flat surface but also a flat portion having some unevenness and a curved surface.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
An embodiment of the induction heating coil according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 1 is a front view showing an induction heating coil according to an embodiment, and FIG. 2 is a side view of the induction heating coil of FIG. Moreover, the arrow shown on the induction heating coil represents an example of the flow of current.
[0014]
The
[0015]
A
[0016]
From the
[0017]
When induction heating the
[0018]
By the way, when an induction heating coil having a conductor portion having a width substantially the same as the width of the
[0019]
In the above-described embodiment, the example in which the conductor portions for heating the
[0020]
With reference to FIGS. 3 and 4, an experimental example will be described in which the planar portion of the object to be heated is induction-quenched using the
[0021]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the hardened layer depth of the planar portion of the object to be heated used in the experiment, and FIG. 4 is a graph showing the hardened layer depth. 4, a, b, and c represent hardness distributions measured from the directions of arrows a, b, and c shown in FIG.
[0022]
The material of the object to be heated 40 used in this experiment is FCD600 (JIS standard), and the width W of the
[0023]
In the induction heating of the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the first induction heating coil of the present invention, when induction heating the planar portion of the object to be heated, the parallel conductor portions through which currents in the same direction flow are directed to the planar portion. Match. For this reason, the width | variety of each conductor part may be narrower than the width | variety of a plane part. Accordingly, in each conductor portion, the current density is uniform at both ends in the width direction and at the center portion in the width direction. In addition, since currents simultaneously flow in the same direction in each conductor portion, the alternating magnetic fluxes generated by these currents do not cancel each other. As a result, the planar portion can be heated uniformly.
[0025]
Here, when the plurality of conductor portions are composed of two conductor portions that are close to each other and extend in the same direction, the induction heating coil can be manufactured relatively easily.
[0026]
Moreover, according to the 2nd induction heating coil of this invention, each width | variety of a 5th conductor part and a 9th conductor part can be made narrower than the width | variety of a plane part. Therefore, in the fifth conductor portion and the ninth conductor portion, the current density is uniform at both ends in the width direction and at the center portion in the width direction. In addition, since currents simultaneously flow in the same direction in the fifth conductor portion and the ninth conductor portion, the alternating magnetic fluxes generated by these currents do not cancel each other. As a result, the planar portion can be heated uniformly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an induction heating coil according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the induction heating coil of FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a hardened layer depth of a planar portion of an object to be heated used in an experiment.
FIG. 4 is a graph showing the depth of a hardened layer.
[Explanation of symbols]
10
Claims (5)
それぞれが前記一つの平面部分に向き合ってそれぞれに同一方向の電流が流れることにより前記一つの平面部分を均一に誘導加熱する並行な複数の導体部を有し、
該複数の導体部は、それぞれの幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであり、且つ、前記一つの平面部分の幅方向に直交する長手方向に延びるものであることを特徴とする誘導加熱コイル。In the induction heating coil arranged only on the one plane portion side, which inductively heats one plane portion of an object to be heated having a plane portion,
Each having a plurality of parallel conductor portions that inductively heat the one plane portion by causing the current in the same direction to flow in each direction facing the one plane portion ,
Each of the plurality of conductor portions has a width smaller than that of the one plane portion and extends in a longitudinal direction perpendicular to the width direction of the one plane portion. Induction heating coil.
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、
前記第5導体部及び前記第9導体部は、
前記一つの平面部分に対向して配置されるものであり、且つ、
それぞれの幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであり、且つ、
前記一つの平面部分の幅方向に直交する長手方向に延びるものであり、且つ、
前記第5導体部及び前記第9導体部の幅を合計した幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであることを特徴とする誘導加熱コイル。In an induction heating coil for induction heating one planar portion of an object to be heated having a planar portion in a state where the object to be heated is fixed ,
A first conductor portion extending in a predetermined direction and connected to a high-frequency power source via a lead;
A second conductor portion extending in a direction intersecting the predetermined direction from the rear end of the first conductor portion;
A third conductor portion extending from the rear end of the second conductor portion in a direction opposite to the predetermined direction and away from the rear end of the first conductor portion;
A fourth conductor part that is bent at a substantially right angle from the rear end of the third conductor part and extends in a direction away from the tip of the second conductor part;
A fifth conductor portion extending in parallel from the rear end of the fourth conductor portion to the third conductor portion and having substantially the same length as the third conductor portion;
A sixth conductor portion that is bent at a substantially right angle from the rear end of the fifth conductor portion and extends in a direction away from the rear end of the second conductor portion;
A seventh conductor portion extending in parallel from the rear end of the sixth conductor portion to the fifth conductor portion and having substantially the same length as the fifth conductor portion;
An eighth conductor portion bent substantially at a right angle from the rear end of the seventh conductor portion and extending in a direction approaching the rear end of the fourth conductor portion;
A ninth conductor portion extending from the rear end of the eighth conductor portion in proximity to the fifth conductor portion and parallel to the fifth conductor portion, and having substantially the same length as the fifth conductor portion;
A tenth conductor portion extending substantially perpendicularly from the rear end of the ninth conductor portion and extending in a direction approaching the rear end of the first conductor portion;
An eleventh conductor portion extending in parallel to the one conductor portion from the rear end of the tenth conductor portion and connected to the high-frequency power source via a lead;
The fifth conductor portion and the ninth conductor portion are
Arranged to face the one plane portion, and
Each width is narrower than the width of the one planar portion, and
Extending in a longitudinal direction perpendicular to the width direction of the one planar portion, and
An induction heating coil, wherein a total width of the fifth conductor portion and the ninth conductor portion is narrower than a width of the one plane portion .
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