JP3997267B2 - 高周波誘導加熱装置及びその出力変成器 - Google Patents
高周波誘導加熱装置及びその出力変成器 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘導加熱、高周波焼入れ等に使用される高周波誘導加熱装置及びその出力変成器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、高周波誘導加熱装置には出力変成器が必要不可欠であるが、この出力変成器としては、例えば特開平6−151212号公報に開示のものが知られている。この出力変成器は、複数個のE型フェライトコアを組み合わせて形成されたコア部と、銅製のパイプを屈曲させることによりコア部を複数回巻回するように配設されたコイル部と、このコイル部の始端部及び後端部にそれぞれ接続された第1の導電部材と、コイル部の第1の導電部材間に接続された一対の第2の導電部材とを備えたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような出力変成器にあっては、E型コアの中脚部にコイル部を巻回するため、コイル部の巻回数が多い場合に、大きな形状のE型コアを使用しなければならず、出力変成器自体の小型化が困難で、例えば出力変成器を容易に移動させることができず、その使用範囲が限定されるという問題点があった。また、コアとして比較的高価なE型コアを使用する必要があるため、出力変成器自体が高価になり易いという問題点もあった。
【0004】
また、このような出力変成器は、一般的にトランジスタインバータの出力端子に固定的に配設されたり、一端部がトランジスタインバータの出力端子に接続された可撓性の接続ケーブルの他端部に固定的に接続されているため、トランジスタインバータと出力変成器が一対一に対応し、出力変成器を介して加熱コイルに供給される高周波電流の値が特定の範囲に限定されてしまう。
【0005】
その結果、例えば誘導加熱しようとするワークの形態(形状や材質)が異なる場合に、出力変成器に接続されている加熱コイルは交換し得るものの、出力変成器自体が固定的に配設されていることから、ワークの形態に適した出力変成器を使用することができず、一台の高周波誘導加熱装置で使用できるワークの形態が限定され、高周波誘導加熱装置の汎用性が極めて劣るという問題点があった。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、請求項1または2記載の発明の目的は、出力変成器を容易に移動及び交換し得て装置の汎用性を大幅に向上させ得る高周波誘導加熱装置を提供することにある。また、請求項3ないし6記載の発明の目的は、出力変成器の小型化及び軽量化が図れ、容易に移動及び交換できてその使用範囲を拡大し得ると共に、安価に構成し得る高周波加熱装置の出力変成器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、請求項1記載の発明は、トランジスタインバータと、一端が該トランジスタインバータの出力端子に接続され他端が出力変成器に接続された可撓性の接続ケーブルと、前記出力変成器に接続された加熱コイルとを具備する高周波誘導加熱装置において、前記出力変成器が、平板状で中央部分にコ字状の凹部を有する二次導体と、該二次導体のコ字状の凹部内に配設された直方体形状のフェライトコアと、該フェライトコアの前記二次導体の上下面から突出する部分に二次導体と略平行に巻回された一次導体を有し、該出力変成器が接続ケーブルに対して着脱可能に配設されていることを特徴とする。
【0008】
また、請求項2記載の発明は、前記接続ケーブルと出力変成器にジョイント部がそれぞれ設けられ、該ジョイント部を結合することによって、接続ケーブルと出力変成器が気密性を有して電気的及び機械的に接続されることを特徴とする。
【0009】
このように構成することにより、出力変成器は、可撓性の接続ケーブルでトランジスタインバータに接続されているため、加熱コイルを所定の位置に容易に移動することができると共に、接続ケーブルの他端に気密性を有して着脱可能に接続されているため、ワークの形態に応じて出力変成器の交換を容易に行うことができ、一台のトランジスタインバータで種々の形態のワークを誘導加熱することができる。また、出力変成器の一次導体が、二次導体のコ字状の凹部内に配設された直方体形状のコアの突出部に二次導体と略平行ににそれぞれ巻回されるため、例えばコアの大きさに対してその巻数を多くすることができて、出力変成器自体の小型化が図れると共に、コアは、二次導体のコ字状の凹部を上下に貫通する断面方形状の安価なコアで良く、出力変成器自体を安価に構成し得る。
【0010】
また、請求項3記載の発明は、入力側が可撓性の接続ケーブルを介してトランジスタインバータに接続されると共に、出力側に加熱コイルが接続される高周波誘導加熱装置の出力変成器において、該出力変成器が、平板状で中央部分にコ字状の凹部を有する二次導体と、該二次導体のコ字状の凹部内に配設された直方体形状のフェライトコアと、該フェライトコアの前記二次導体の上下面から突出する部分に二次導体と略平行に巻回された一次導体を有し、該出力変成器の少なくとも入力側が接続ケーブルに対して着脱可能に連結されていることを特徴とする。
【0011】
また、請求項4記載の発明は、前記出力変成器が、入力側にジョイント部を有すると共に出力側に加熱コイルが接続されていることを特徴とする。
【0012】
また、請求項5記載の発明は、前記ジョイント部が、前記接続ケーブルに設けられたジョイント部に気密性を有して結合され得る如く形成されていることを特徴とし、また、請求項6記載の発明は、前記一次導体の外側面が略円形になる如く巻回され、該一次導体、前記二次導体及びコアが円筒状のケース内に収容されていることを特徴とする。
【0013】
このように構成することにより、出力変成器の一次導体から供給される所定の電流が、板状の二次導体に大電流として誘起され、この大電流が加熱コイルに供給されて、加熱コイル近傍に配置されたワークが誘導加熱される。一次導体は、二次導体のコ字状の凹部内に配設されたコアの突出部にそれぞれ巻回されるため、例えばコアの大きさに対してその巻数を多くすることができて、出力変成器自体の小型化が図れる。コアは、二次導体のコ字状凹部を上下に貫通する断面方形状の安価なコアで良く、出力変成器自体を安価に構成し得る。
【0014】
また、二次導体の入力側には、可撓性の接続ケーブルのジョイント部に結合し得るジョイント部が設けられているため、このジョイント部の結合によって、出力変成器が気密性を有して接続ケーブルに電気的及び機械的に接続され、一台のトランジスタインバータに対して各種特性が得られる出力変成器を容易に交換使用することができる。
【0015】
さらに、出力変成器が可撓性の接続ケーブルを介してトランジスタインバータに接続されると共に、一次導体や二次導体等を円筒状のケース内に収容させることにより出力変成器の外形形状を略円形にし得るため、出力変成器の移動が容易に行えると共に、その小型化及び軽量化が図れ例えば持ち運びや移動等が一層容易になる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1〜図4は、本発明に係わる高周波加熱装置及びその出力変成器の一実施例を示し、図1が高周波誘導加熱装置の全体を示す側面図、図2が出力変成器の一部破断した平面断面図、図3が図2のA−A線矢視断面図、図4がジョイント部の分解斜視図、図5がジョイント部の側面断面図、図6がジョイント部の他の例を示す側面断面図である。
【0017】
図1において、高周波誘導加熱装置1は、トランジスタインバータ2と、このトランジスタインバータ2の出力端子3に接続された接続ケーブル4と、この接続ケーブル4の先端に接続された出力変成器5と、この出力変成器5に接続された加熱コイル6とで構成されている。
【0018】
トランジスタインバータ2は、半導体スイッチング素子を使用した例えばフルブリッジのインバータ回路を有し、直流電流を所定周波数の高周波電流に変換し出力端子3から出力すると共に、加熱コイル6に冷却水を循環供給する冷却水供給装置(図示せず)が一体的に組み込まれている。接続ケーブル4は、後述する如くチューブ33内に、図示しない絶縁材で覆われた一対の網導線34と、一対の冷却水用チューブ29が嵌挿され、全体として可撓性を有している。
【0019】
また、出力変成器5は、平板状の二次コイル7と、コア8と、一次コイル9を有している。二次コイル7は、コ字状の銅板10の外側にL字形状の一対の銅の角パイプ11がそれぞれロウ付けされることによって平板状に形成され、その中央部分にはコ字状凹部12が形成されている。
【0020】
二次コイル7の角パイプ11は、その内部に孔11aを有し、一端側11b(コ字状凹部12の開口端12a側)がそれぞれ開口し、その他端側11cには後述するジョイント部13がそれぞれ接続固定されている。二次コイル7のコ字状凹部12の開口端12a側には、円盤状の銅板14がロウ付けされ、この銅板14には、角パイプ11の孔11aに連通する孔14aがそれぞれ穿設されると共に、4個のネジ孔14bが穿設されている。
【0021】
この出力変成器5の出力側に接続される前記加熱コイル6は、銅板からなる固定部15と、銅の角パイプからなるストレート部16及びこのストレート部16の先端部分に形成された、例えば略リング状のコイル部17を有している。固定部15には、銅板14の孔14aに連通する孔15aが穿設されると共に、4個の取付孔15bが穿設され、この取付孔15bからボルト18を銅板14のネジ孔14bに螺合させることにより、固定部15が銅板14に締め付け固定されている。
【0022】
これにより、加熱コイル6と銅板14、すなわち二次コイル7が電気的に接続されると共に、角パイプ11の孔11aと、加熱コイル6のストレート部16の孔16a及びコイル部17の孔17aとが、銅板14の孔14a及び固定部15の孔15aを介して連通される。なお、固定部15の孔15aの銅板14との対向面には、冷却水の漏れ防止用のOリング19がそれぞれ配設され、また、一対のストレート部16間には、絶縁板20が介在されている。
【0023】
コア8は、直方体形状のフェライトコアで形成されて、二次コイル7のコ字状凹部12内に、二次コイル7の上面7a及び下面7bから所定長さ突出するようにして配設されている。そして、このコア8の二次コイル7の上下面7a、7bから突出する突出部8a、8bには、薄い絶縁板21を介して一次コイル9が所定回数巻回されている。
【0024】
一次コイル9は、銅の丸パイプで形成され、その外周面に絶縁チューブ(図示せず)を嵌装させた状態で、コア8の突出部8a、8bの外周にそれぞれ直列的に、二次コイル7と略平行に所定回数巻回されている。この一次コイル9の両端部には、端子板22を介してジョイント部13が電気的に接続されている。
【0025】
また、一次コイル9は、二次コイル7の上下部に、その外側面が略円形になるように巻回され、この一次コイル9、二次コイル7及びコア8が、絶縁性の円筒状のケース23内に収容されている。この時、上記銅板14でケース23の一方の開口23aが閉塞され、ケース23の他方の開口23bは、円形の絶縁板24で閉塞されている。
【0026】
これにより、出力変成器5は、ケース23の一端面(絶縁板24側)に、端子板22とジョイント部13が露出し、ケース23の他端面(銅板14側)に加熱コイル6が突出し、その全体の外形形状が略円筒形状に形成されている。なお、一次コイル9と二次コイル7の巻数比は、必要とする出力に応じてn:1に予め設定されている。
【0027】
前記接続ケーブル4の先端のジョイント部26は、内部に冷却水用の孔27aが穿設され絶縁板28を介して接合された一対の銅板27を有し、この銅板27の端部には冷却水チューブ29が接続されたホースコネクタ30がロウ付けされている。この銅板27の外周面側には、絶縁板32を介して接合された断面略コ字状の一対の銅板31が固定され、この銅板31の前端部には断面正方形状の開口部31aが形成されると共に、後端部にはチューブ33がそれぞれ接続されている。
【0028】
なお、この冷却水チューブ29やホースコネクタ30は必ずしも必要ではなく、銅板31の内面と銅板27及び絶縁板28の外面との間に気密性が維持されれば、これらを廃止し、接続ケーブル4のチューブ33内に冷却水を直接流すこともできる。また、冷却水チューブ29を使用する場合、この冷却水チューブ29内に網導線34を嵌挿させ、冷却水チューブ29内に供給される冷却水で網導線34を冷却することもできる。
【0029】
また、銅板31の後端部には端子板35がそれぞれロウ付けされ、この端子板35には前記網導線34が接続されている。なお、銅板31の左右側面の内側には図示しない係止孔が設けられてると共にプッシュ釦36が出没可能に配設され、また銅板27の孔27aの開口端にはOリング37が配設されている。
【0030】
一方、出力変成器に設けられる前記ジョイント部13は、絶縁板24に立設されている端子板22にそれぞれ接続された銅板39を有し、この銅板39の先端が絶縁板24から所定寸法外側に突出している。銅板39は絶縁板40を介して接合され、その外形形状が断面正方形状に形成されると共に、銅板39には角パイプ11の孔11aに連通する孔39aがそれぞれ穿設されている。
【0031】
この銅板39の孔39aの開口端にはOリング41がそれぞれ配設されている。また、銅板39の左右側面の略中央位置には、フック42が側面に対して出没可能に配設され、このフック42は通常バネ43の付勢力で外側に突出し、接続ケーブル4のジョイント部26に設けられた前記プッシュ釦36にそれぞれ対応している。
【0032】
この両ジョイント部13、26は、図4に示すように、接続ケーブル4のジョイント部26を矢印イの如く移動させ、その開口部31aを、出力変成器5のジョイント部13の銅板39の外周面に嵌合させる。この開口部31aの嵌合により、ジョイント部13のフック42がジョイント部26の係止孔に係止され、銅板39の内面が銅板27の外面に密着しかつ抜けが防止された状態で、ジョイント部13、26が結合(ジョイント)される。
【0033】
また、この結合時には、銅板27、39の端面がそれぞれOリング37、41を介して密着して孔27a、39aが連通し、冷却水チューブ29から供給される冷却水が矢印ロ、ハの如く流れる、すなわち、冷却水が出力変成器5と加熱コイル6を循環することになる。このジョイント部13、26の結合による銅板27と銅板39の接触で出力変成器5が網導線34を介してトランジスタインバータ2に接続され、また、銅板27と銅板39の孔27a、39a部が密着することにより、冷却水の循環流路が形成されることになる。
【0034】
なお、出力変成器5を交換するために、ジョイント部13、26の結合を解除する場合は、ジョイント部26のプッシュ釦36を押すことにより、フック42の係止状態が解除され、ジョイント部26を矢印イ方向と逆方向に引っ張ることにより、ジョイント部26がジョイント部13から抜き取られる。
【0035】
この出力変成器5によれば、トランジスタインバータ2から、網導線34、端子板35、銅板31、39、端子板22を介して一次コイル9に所定の高周波電流が供給されると、誘導結合によって二次コイル7に巻数比に応じた大電流が流れる。この大電流が加熱コイル6に供給されて、加熱コイル6に近接配置されているワーク(図示せず)を誘導加熱する。
【0036】
また、高周波電流の供給と同時に、例えばトランジスタインバータ2内に設けられている冷却水供給装置を作動させて、接続ケーブル4内のチューブ33、銅板27の孔27a、銅板39の孔39a、二次コイル7の角パイプ11の孔11a、加熱コイル6内及び一次コイル9内に冷却水が循環供給され、大電流による一次コイル9や二次コイル7及び加熱コイル6等の発熱が抑えられる。なお、冷却水チューブ29を廃止した場合は、チューブ33内の冷却水によって網導線34が冷却されることになる。
【0037】
このように、上記実施例の高周波誘導加熱装置1によれば、接続ケーブル4が可撓性を有しているため、出力変成器5をトランジスタインバータ2を移動させることなくワークの位置まで容易に移動させることができ、加熱コイル6のワークへのセット作業を容易に行うことができる。
【0038】
また、接続ケーブル4の先端にジョイント部26を設け、このジョイント部26を出力変成器5のジョイント部13に着脱することができるため、出力変成器5を接続ケーブル4からワンタッチで取り外したり取り付けること、すなわち出力変成器5を交換することができる。その結果、形状や材質等の形態が異なるワークを誘導加熱する際に、そのワークに整合した特性の出力変成器5を容易に使用することができ、加熱コイル6の交換と合わせ、一台のトランジスタインバータ2で使用し得るワークの形態を大幅に拡大できる等、極めて汎用性に優れた出力変成器5が得られる。
【0039】
さらに、出力変成器5は、板状の二次コイル7のコ字状凹部12内にコア8を配置し、このコア8の二次コイル7の上下面7a、7bからの突出部8a、8bの外周に一次コイル9を巻回するため、一次コイル9を二次コイル7と略平行状態で多数回巻回することができて、コア8に対する一次コイル9の巻数比率を高めることができる。
【0040】
その結果、コア8及び一次コイル9等の形状の小型化、すなわち出力変成器5自体の小型化及び軽量化が図れ、その持ち運びが容易になって、例えば屋外での高周波加熱やロウ付け作業、移動困難な大型ワークのロウ付け及び半田付け作業等に容易に使用することができ、加熱コイル6の使用範囲を大幅に拡大させることが可能になる。
【0041】
また、出力変成器5の外形形状がケース23によって略円筒形状に形成されているため、外形形状の一層の小型化が図れると共に、その使い勝手を向上させることが可能になる。さらに、コア8として、直方体形状のフェライトコアを使用するため、コア8のコストダウンを図ることができて、出力変成器5自体を安価に構成することが可能になる。またさらに、一次コイル9をコア8の外周に密に巻回することができて、従来と略同等の良好な結合係数の出力変成器5が得られる。
【0042】
なお、上記実施例においては、出力変成器5のジョイント部13を絶縁板24に対して後方に立設させたが、例えば図6に示すように、銅板39を90度屈曲状態で設け、ジョイント部13を上方に向けて立設し、このジョイント部13に上方から接続ケーブル4のジョンイト部26を結合させるようにしても良い。この場合は、ジョイント部26の抜けがより確実に防止されることになる。また、ジョイント部13、26の構造は一例であって、例えばジョイント部26をジョイント部13の銅板39を挟持し得る構造とする等、適宜の構造を採用することができる。
【0043】
さらに、上記実施例においては、二次コイル7を一枚(巻数1)の導体で形成したが、本発明はこれに限定されるものでもなく、例えば導体を複数枚間隔を有して積層し、この導体間及びその上下面に一次コイル9を直列的に巻回するようにしても良い。
【0044】
また、上記実施例においては、ケース23を円筒形状に形成したが、例えば角筒形状や多角筒形状に形成しても良いし、上記実施例における、二次コイル7及び加熱コイル6の形状、一次コイル9への端子板22の固定位置、端子板22の形状、各種銅板の大きさ等も一例であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはいうまでもない。
【0045】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1または2記載の発明によれば、出力変成器が可撓性の接続ケーブルでトランジスタインバータに交換可能に配設されているため、加熱コイルを所定の位置に容易に移動することができると共に、ワークの形態に応じて出力変成器の交換を容易に行うことができ、一台のトランジスタインバータで種々の形態のワークを誘導加熱することができて、高周波誘導加熱装置の汎用性を大幅に向上させることができる。また、一次導体を二次導体のコ字状の凹部内に配設したコアの突出部にそれぞれ二次導体と略平行に巻回できて、例えばコアの大きさに対してその巻数を多くすることができ、出力変成器自体の小型化が図れると共に、コアは二次導体のコ字状の凹部を上下に貫通する断面方形状の安価なコアで良く、出力変成器自体を安価に構成し得る。
【0046】
また、請求項3ないし6記載の発明は、一次導体を二次導体のコ字状の凹部内に配設されたコアの突出部にそれぞれ巻回できて、例えばコアの大きさに対してその巻数を多くすることができ、出力変成器自体の小型化が図れると共に、コアは二次導体のコ字状の凹部を上下に貫通する断面方形状の安価なコアで良く、出力変成器自体を安価に構成し得る。
【0047】
また、出力変成器の入力側に設けられるジョイント部を、接続ケーブルのジョイント部に結合し得る如く形成されているため、一台のトランジスタインバータに対して各種特性が得られる出力変成器を交換使用することができると共に、可撓性の接続ケーブルの使用や一次導体及び二次導体等の円筒状のケース内への収容により、出力変成器の移動が容易に行うことができ、より小型化及び軽量化が図れて、例えば持ち運びや移動等を一層容易に行うことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる高周波加熱装置の一実施例の全体を示す側面図
【図2】同出力変成器の一部破断した平面断面図
【図3】同図2のA−A線矢視断面図
【図4】同ジョイント部の分解斜視図
【図5】同ジョイント部の側面断面図
【図6】同ジョイント部の他の例を示す側面断面図
【符号の説明】
1 高周波誘導加熱装置
2 トランジスタインバータ
4 接続ケーブル
5 出力変成器
6 加熱コイル
7 二次コイル
8 コア
9 一次コイル
11 角パイプ
12 コ字状凹部
13 ジョイント部
10、14、27、31、39 銅板
17 コイル部
23 ケース
26 ジョイント部
22、35 端子板
33 チューブ
34 網導線
Claims (6)
- トランジスタインバータと、一端が該トランジスタインバータの出力端子に接続され他端が出力変成器に接続された可撓性の接続ケーブルと、前記出力変成器に接続された加熱コイルとを具備する高周波誘導加熱装置において、前記出力変成器が、平板状で中央部分にコ字状の凹部を有する二次導体と、該二次導体のコ字状の凹部内に配設された直方体形状のフェライトコアと、該フェライトコアの前記二次導体の上下面から突出する部分に二次導体と略平行に巻回された一次導体を有し、該出力変成器が接続ケーブルに対して着脱可能に配設されていることを特徴とする高周波誘導加熱装置。
- 前記接続ケーブルと出力変成器にジョイント部がそれぞれ設けられ、該ジョイント部を結合することによって、接続ケーブルと出力変成器が気密性を有して電気的及び機械的に接続されることを特徴とする請求項1記載の高周波誘導加熱装置。
- 入力側が可撓性の接続ケーブルを介してトランジスタインバータに接続されると共に、出力側に加熱コイルが接続される高周波誘導加熱装置の出力変成器において、該出力変成器が、平板状で中央部分にコ字状の凹部を有する二次導体と、該二次導体のコ字状の凹部内に配設された直方体形状のフェライトコアと、該フェライトコアの前記二次導体の上下面から突出する部分に二次導体と略平行に巻回された一次導体を有し、該出力変成器の少なくとも入力側が接続ケーブルに対して着脱可能に連結されていることを特徴とする高周波誘導加熱装置の出力変成器。
- 前記出力変成器が、入力側にジョイント部を有すると共に出力側に加熱コイルが接続されていることを特徴とする請求項3記載の高周波誘導加熱装置の出力変成器。
- 前記ジョイント部が、前記接続ケーブルに設けられたジョイント部に気密性を有して結合され得る如く形成されていることを特徴とする請求項4記載の高周波誘導加熱装置の出力変成器。
- 前記一次導体の外側面が略円形になる如く巻回され、該一次導体、前記二次導体及びコアが円筒状のケース内に収容されていることを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の高周波誘導加熱装置の出力変成器。
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1998
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