JP3955496B2 - 高周波誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱コイルに交流電流を高周波電源部から供給する高周波誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
電磁誘導で発生する熱を利用して被加工物を焼入れ加工等するために、高周波電流を高周波電源部から加熱コイルに供給する高周波誘導加熱装置が用いられる。
この高周波誘導加熱装置は、高周波電源部と加熱コイルとの間に、コイルとコンデンサとからなる負荷整合回路が設けられた構成である。
通常、高周波誘導加熱装置は自動車のクランクシャフト等の比較的大きな被加工物を加工するために、高周波電源部、負荷整合回路及び加熱コイル等の構成部材がフレームに一体に組み込まれた大掛かりな装置とされている。
【０００３】
鋼のろう付け等、微細な加工作業をするためには、加熱コイルを高周波電源部等から離隔して持ち運び可能とするハンディタイプとすることが望ましい。
この場合、図４に示される通り、加熱コイル５０を備え持ち運び可能な操作部５１と、この操作部５１に備えられる電流変成器の１次側コイルに電線５３を通じて交流電流を供給する高周波電源部５４とを離隔して高周波誘導加熱装置を構成することが考えられる。電線５３を長くすることで、操作部５１を遠くまで持ち運ぶことができるので、操作性が良くなる。
高周波電源部５４は、交流電源５５と変圧器５６とを備え、コンデンサ５７が直列接続した電圧形インバータである。
操作部５１は変圧器５８を備えており、この変圧器５８の１次側コイル５８Ａとコンデンサ５７とで負荷整合回路が構成される。
【０００４】
また、従来では、加熱コイル、電流変成器及び高周波電源等を個別ユニットとして分割形成し、これらのユニットを配線で接続し、圧延ロール等を加熱するた高周波誘導加熱ユニットがある（特開2001-143859号）。
特開2001-143859号で示される従来例では、加熱コイルにコンデンサを近接配置して共振回路が構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４で示される高周波誘導加熱装置では、高周波電源部５４は、コンデンサ５７が直列配置された電圧形インバータであり、コンデンサ５７と１次側コイル５８Ａとが電線５３を通じて直列接続されているため、長い電線５３で大きな電圧降下が生じ、エネルギー効率が悪くなるという不都合が生じる。つまり、電線部分のインダクタンスが非常に大きいため、負荷整合回路の負荷が必要とする容量以上に大きくなり、効率の悪い装置となる。
また、特開2001-143859号で示される従来例では、加熱コイル自体とコンデンサとで共振回路を構成するため、加熱コイルに供給する電圧を十分に調整することができないという問題点がある。
さらに、特開2001-143859号で示される従来例は、加熱対象が圧延ロール等の大きなものであり、大きな面積で加熱することを前提としている。つまり、加熱コイル側での負荷を整合するために、別途、電流変成器が設けられていない。
【０００６】
本発明の目的は、加熱コイルの取扱がしやすく、加熱コイルへ供給される電圧が十分に調整可能であり、しかも、エネルギー効率が良い高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、電流形インバータの高周波電源部と操作部の電流変成器を電線で接続し、操作部においてコンデンサと電流変成器の１次側コイルとを並列配置して前記目的を達成しようとするものである。
具体的には、本発明の高周波誘導加熱装置は、ケースと、加熱コイル及び電流変成器とを備え持ち運び可能な操作部と、この操作部の電流変成器に電線を通じて交流電流を供給する高周波電源部とが離隔され、かつ、負荷整合回路が設けられた高周波誘導加熱装置であって、前記高周波電源部は電流形インバータであり、前記操作部は前記電流変成器に前記加熱コイルが接続され、前記負荷整合回路は前記操作部に設けられ、かつ、コンデンサと前記電流変成器の１次側コイルとが並列に近接配置された並列共振回路であり、前記ケースは前記加熱コイルを設けた前記電流変成器が収納された先端部と、この先端部に接続され前記コンデンサが収納された基端部とを備え、前記電流変成器は略円筒状のコアに設けられた１次側コイルと、前記コアの内部に配置され前記加熱コイルが取り付けられた２次側コイルとを備え、前記コンデンサは前記コアの軸芯と交差する方向に軸芯が配置された略円筒状に形成され、このコンデンサの外周部に冷却水を流通させる冷却配管が設けられ、この冷却配管の端部は前記２次側コイルと接続されたことを特徴とする。
【０００８】
この構成の本発明では、操作部の電流変成器は高周波電源部とは電線で接続されているため、電流変成器とともに操作部を構成する加熱コイルの持ち運びが自由であり、加熱コイルの姿勢を被加工物の形状に合わせて変更することができる。操作部に設けられたコンデンサが重量のあるものであっても、操作部をワイヤ等の適宜な手段で吊り下げることで、加工操作を容易に行うことができる。
さらに、高周波電源部である電流形インバータから供給される電流は電線を通って電流変成器に送られる構成とされており、かつ、負荷整合回路を構成するコンデンサと前記電流変成器の１次側コイルとが並列に近接配置されているので、電線を通じての電圧降下がなくなり、エネルギー効率を高いものにできる。
その上、コンデンサとともに負荷整合回路を構成する電流変成器を設けたので、この部分での電圧調整が十分に可能となる。そのため、操作部での負荷整合が行えるため、加熱面積が小さな被加工物を加熱することができる。
【０００９】
ここで、本発明では、前記コンデンサの外周部には冷却水を流通させる冷却配管が設けられている。
この構成の本発明では、コンデンサで発生した熱により操作部が熱くなることを防止できるので、作業環境が劣悪にならない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態にかかる高周波誘導加熱装置の構成図である。
図１において、高周波誘導加熱装置は、加熱コイル１を有する操作部２と、この操作部２と離隔され加熱コイル１に交流電流を供給する高周波電源部３と、この高周波電源部３と操作部２とを通電するための電線４とを備えて構成される。
高周波電源部３は交流電源３１と、この交流電源３１から供給される電圧を変えるトランス３２とを備えた電流形インバータである。なお。このトランス３２は省略することも可能である。
【００１１】
操作部２は前記加熱コイル１と、この加熱コイル１に供給する電圧を変える電流変成器２１とを備えて構成される。この電流変成器２１は、１次側コイル２１Ａと２次側コイル２１Ｃとを備えて構成される。
操作部２には負荷整合回路５が設けられており、この負荷整合回路５は、電流変成器２１の１次側コイル２１Ａと、この１次側コイル２１Ａと並列に近接配置されたコンデンサ２２とを備えた並列共振回路である。
【００１２】
操作部２は持ち運び自在のハンディタイプであり、その詳細な構成が図２及び図３に示される。図２は操作部２の縦断面図であり、図３は操作部２の横断面図である。
図２及び図３において、操作部２は、ケーシング２０に電流変成器２１及びコンデンサ２２が組み込まれており、２次側コイル２１Ｃには加熱コイル１が直接取り付けられた構造である。なお、ケーシング２０の先端部２０Ａと加熱コイル１とは電気的に絶縁されている。
【００１３】
ケーシング２０の基端部２０Ｂ側には、その上端部に取っ手部２３が取り付けられ、その内部にコンデンサ２２が設けられている。
このコンデンサ２２は略円筒状に形成された一般的な構造であり、その周囲に冷却水を流通させる冷却配管２４が螺旋状に設けられている。この冷却配管２４は、その一端が冷却水を供給する基幹給水配管２５と接続されており、その他端が冷却水を排出する基幹排水配管２６と接続されている。基幹給水配管２５は図示しない給水タンクと接続されており、基幹排水配管２６は図示しない排水タンクと接続されている。
ケーシング２０の先端部２０Ａ側には、その側面部に握り部２７が取り付けられ、その内部に電流変成器２１が設けられている。握り部２７や取っ手部２３は、加工作業や運搬時に操作部２を作業員が持つためのものであり、ワイヤ等で吊り下げる際にはフックの役目をなすものである。
【００１４】
電流変成器２１は、前述の通り、１次側コイル２１Ａと２次側コイル２１Ｃとを有し、１次側コイル２１Ａはコア２１Ｂに取り付けられている。１次コイル２１Ａとコンデンサ２２とは、ともに負荷整合回路５を構成するとともに、互いに近接配置されている。ここで、近接配置となる両者の寸法は、高周波誘導加熱装置の出力や操作部２の全体の大きさによって設定されるが、例えば、ケーシング２０の長さ寸法を２５センチメートルとすると、両者は１０数センチメートル内で配置することができる。
【００１５】
コア２１Ｂは円筒状に形成され、その内部には、その軸芯に沿って２次側コイル２１Ｃが配置され、この２次側コイル２１Ｃの基端側端部は基幹排水配管２６と接続されている。
ケーシング２０の先端部２０Ａの内部は基幹給水配管２５と連通した連通部２０Ｃとされている。
加熱コイル１は、その内部に冷却水が流通するための連通孔１Ａが形成されている。この連通孔１Ａは、その一端部がケーシング２０の連通部２０Ｃと連通され、その他端部が２次側コイル２１Ｃと連通されている。
【００１６】
以上の構成の本実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）高周波誘導加熱装置は、加熱コイル１及び電流変成器２１を有し持ち運び可能な操作部２と、この操作部２の電流変成器２１に交流電流を供給する高周波電源部３とを備え、操作部２の電流変成器２１が高周波電源部３と電線４で接続されている構成であるので、加熱コイル１の持ち運びが自由であり、その姿勢を被加工物の形状に合わせて変更することができるから、加熱コイル１の取扱性が向上する。
【００１７】
（２）電流形インバータからなる高周波電源部３から供給される電流は電線４を通って操作部２に設けられた電流変成器２１に送られる構成とされており、かつ、負荷整合回路５を構成するコンデンサ２２と電流変成器２１の１次側コイル２１Ａとが並列に近接配置されているので、電線４を通じての電圧降下がなくなり、エネルギー効率を高いものにできる。つまり、電圧降下が生じるのはコンデンサ２２より下流側であるため、このコンデンサ２２と１次側コイル２１Ａとが近接配置されることで、電圧降下をなくしてエネルギー損失を少なくできる。
【００１８】
（３）コンデンサ２２とともに負荷整合回路５を構成する電流変成器２１を操作部２に設けたので、この部分での電圧調整が十分に可能となり、操作部２での負荷整合が行えて加熱面積が小さな被加工物を加熱することができる。
【００１９】
（４）コンデンサ２２及び電流変成器２１は、ともに一般的な構造であり、市販されているものもあるため、操作部２をより安価に製造することができる。
（５）コンデンサ２２の周囲には冷却水を流通させる冷却配管２５，２６が設けられているので、コンデンサ２２が冷却水で冷却されることで、コンデンサ２２で発生した熱により操作部２が熱くなることを防止できるので、作業環境が劣悪にならない。
【００２０】
（６）コンデンサ２２を冷却するにあたり、冷却配管２４をコンデンサ２２の周囲に螺旋状に配置しているため、冷却を効率的に行える。
（７）操作部２のケーシング２０に取っ手部２３と握り部２７とを取り付けたから、加熱コイル１を用いた加工作業が容易に行える。仮に、操作部２の内部に設けられたコンデンサ２２が重いものであるとしても、操作部２の取っ手部２３と握り部２７をワイヤ等の適宜な手段で吊り下げることで、加工操作を容易に行うことができる。
【００２１】
なお、本発明では、前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲であれば次に示す変形例を含むものである。
例えば、本発明では、必ずしも冷却配管２４を設けることを要しない。
また、操作部２のケーシング２０に取っ手部２３や握り部２７を設けることを要しない。ケーシング２０に凹みを形成し、この凹みを取っ手部２３の代わりに使用してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明では、電流形インバータの高周波電源部と操作部の電流変成器とを電線で接続し、操作部においてコンデンサと電流変成器の１次側コイルとを近接かつ並列配置したから、操作部の持ち運びが自由となって加熱コイルの取扱性が向上し、電線を通じての電圧降下がなくなってエネルギー効率が高くなり、しかも、電流変成器を加熱コイル側に設けたから、この部分での負荷整合が行えて加熱面積が小さな被加工物を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる高周波誘導加熱装置の構成図である。
【図２】操作部の縦断面図である。
【図３】操作部の横断面図である。
【図４】本発明が案出されるための前提となった高周波誘導加熱装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 加熱コイル
１Ａ 連通孔
２ 操作部
３ 高周波電源部
４ 電線
５ 負荷整合回路
２０ ケーシング
２１ 電流変成器
２１Ａ １次側コイル
２１Ｂ コア
２１Ｃ ２次側コイル
２２ コンデンサ
２３ 取っ手部
２４ 冷却配管

Claims (1)

1. ケースと、加熱コイル及び電流変成器とを備え持ち運び可能な操作部と、この操作部の電流変成器に電線を通じて交流電流を供給する高周波電源部とが離隔され、かつ、負荷整合回路が設けられた高周波誘導加熱装置であって、
   前記高周波電源部は電流形インバータであり、
   前記操作部は前記電流変成器に前記加熱コイルが接続され、
   前記負荷整合回路は前記操作部に設けられ、かつ、コンデンサと前記電流変成器の１次側コイルとが並列に近接配置された並列共振回路であり、
   前記ケースは前記加熱コイルを設けた前記電流変成器が収納された先端部と、この先端部に接続され前記コンデンサが収納された基端部とを備え、前記電流変成器は略円筒状のコアに設けられた１次側コイルと、前記コアの内部に配置され前記加熱コイルが取り付けられた２次側コイルとを備え、前記コンデンサは前記コアの軸芯と交差する方向に軸芯が配置された略円筒状に形成され、このコンデンサの外周部に冷却水を流通させる冷却配管が設けられ、この冷却配管の端部は前記２次側コイルと接続されたことを特徴とする高周波誘導加熱装置。

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