JP4364457B2

JP4364457B2 - 誘導加熱コイル

Info

Publication number: JP4364457B2
Application number: JP2001181262A
Authority: JP
Inventors: 裕清澤; 嘉昌田中; 樹志木田
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002373775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物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、鋼材などの被処理物を誘導加熱するための誘導加熱コイルが広く使用されている。被処理物には様々な形状のものがあるので、これら各形状に応じた誘導加熱コイルが使用されている。このような様々な形状の被処理物の一つとして、外径寸法が途中で変わる円筒状の被加熱物（段付の被加熱物）がある。
【０００３】
このような段付の被加熱物では外径寸法が途中で変わるので、例えば、先端から中央部までは細い円筒状となり、中央部から後端までは太い円筒状となる。この細い円筒状部分と太い円筒状部分とを有する被加熱物のうち、両部分の境界部分を含む表面を誘導加熱する場合、通常、コイル状の誘導加熱コイルが使用される。この場合、被加熱物の形状に応じてコイル状の誘導加熱コイルにも小さな外径部分と大きな外径部分が形成される。
【０００４】
上記したコイル状の誘導加熱コイルを用いて段付の被加熱物を誘導加熱するに当たっては、被加熱物の細い円筒状部分を誘導加熱コイルの小さな外径部分に差し込むと共に、被加熱物の太い円筒状部分を誘導加熱コイルの大きい外径部分に差し込んで、両円筒状部分を誘導加熱コイルに近接して配置しておき、誘導加熱コイルに交流電流を流す。これにより、被加熱物のうち誘導加熱コイルに向き合う部分が所定温度に加熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、段付の被加熱物を誘導加熱する際に、被加熱物の細い円筒状部分と太い円筒状部分の境界部分が所定温度以上に加熱されることがある。このように被加熱物の境界部分が所定温度以上に加熱された場合、この境界部分は細い円筒状部分と太い円筒状部分よりも深い位置まで加熱されるので、被加熱物の表面層が均等深さに加熱されないこととなる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、被加熱物の形状に拘らずこの被加熱物が加熱されるときの表面からの深さ（加熱深さ）を適宜に調節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、被加熱物を誘導加熱するための交流電流が流れる導体部を有する誘導加熱コイルにおいて、
（１）前記導体部を流れる交流電流の一部が流れる、前記導体部よりも被加熱物から離れた位置に形成されたバイパス導体部を有することを特徴とするものである。
【０００８】
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、被加熱物を誘導加熱するための交流電流が流れる誘導加熱コイルにおいて、
（２）該誘導加熱コイルのうち所定の第１部分にその一端が接続されると共に該第１部分から離れた第２部分にその他端が接続された、前記第１部分と前記第２部分の間を流れる交流電流の一部が被加熱物を誘導加熱しないように流れるバイパス導体部を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、上記目的を達成するための本発明の第３の誘導加熱コイルは、被加熱物を誘導加熱するための交流電流が流れる誘導加熱コイルにおいて、
（３）該誘導加熱コイルのうち所定の第１部分にその一端が接続されると共に該第１部分から離れた第２部分にその他端が接続された、前記第１及び第２部分よりも被加熱物から離れたバイパス導体部を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
さらにまた、上記目的を達成するための本発明の第４の誘導加熱コイルは、被加熱物のうち所定の第１の面と、この第１の面に交差すると共に連続して広がる第２の面とを同時に誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（４）前記第１の面に近接する、交流電流が流れる第１導体部と、
（５）前記第２の面に近接すると共に前記第１導体から連続する、交流電流が流れる第２導体部と、
（６）前記第１導体部及び前記第２導体部双方を接続する接続導体部と、
（７）該接続導体部から分岐して、前記第１導体部もしくは前記第２導体部を挟んで前記被加熱物とは反対の側を延びるバイパス導体部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
さらにまた、
（８）前記バイパス導体部は、誘導加熱コイルに着脱自在に固定されたものであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図であり、(ｂ)は、被加熱物がセットされた誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【００１４】
誘導加熱コイル１０は被加熱物（ワーク）３０を誘導加熱するためのものである。ワーク３０は細い円筒状部分３２と太い円筒状部分３４とからなり、後述する図２に示すように、細い円筒状部分３２の外周面３２ａ（本発明にいう第１の面の一例である）と、太い円筒状部分３４の一端面３４ａ（本発明にいう第２の面の一例である）とが誘導加熱されて焼入れされる。なお、誘導加熱コイル１０で上記の外周面３２ａと一端面３４ａを誘導加熱するに際しては、誘導加熱コイル１０を固定しておき、軸３５を中心にしてワーク３０を回転させる。
【００１５】
誘導加熱コイル１０は、外周面３２ａに近接する直線状の一対の第１導体部１２，１４と、一端面３４ａに近接する円弧状の第２導体部１６を有している。一対の第１導体部１２，１４それぞれの一端は高周波電源（図示せず）に接続されている。これら一対の第１導体部１２，１４は、ワーク３０の細い円筒状部分３２を挟んで互いにほぼ反対の側に位置している。
【００１６】
第２導体部１６の両端はそれぞれ一対の第１導体部１２，１４の下端に接続されており、第２導体部１６と一対の第１導体部１２，１４とは直線状の接続導体部１８，２０によって接続されている。接続導体部１８，２０のうちワーク３０から最も離れた部分にはそれぞれ、円弧状のバイパス導体部２２の一端が接続されている。従って、バイパス導体部２２は、接続導体部１８，２０から分岐して、第２導体部１６を挟んでワーク３０とは反対の側を第２導体部１６に沿って延びていることとなる。
【００１７】
高周波電源（図示せず）から供給された電流は、例えば、図１の矢印方向で示すように通る。この場合、第１導体部１２を通った電流が接続導体部１８を通り、この接続導体部１８を通過した電流は、第２導体部１６とバイパス導体部２２とに分かれる。このため、第２導体部１６を通る電流は、バイパス導体部２２が無いときに比べて少なくなる。また、バイパス導体部２２は第２導体部１６よりもワーク３０から離れているので、バイパス導体部２２を流れる交流電流は誘導加熱にほとんど寄与しない。従って、ワーク３０のうち第２導体部１６に近接した部分は、バイパス導体部２２が無いときに比べて加熱されにくく、この部分が加熱され過ぎる（過熱される）ことを防止できる。
【００１８】
上記した誘導加熱コイル１０を使ってワーク３０を高周波焼入れした例を、図２を参照して説明する。
【００１９】
図２（ａ）は、図１の誘導加熱コイルで誘導加熱して冷却した被加熱物の硬さ曲線を示すグラフであり、（ｂ）は硬化層を示す断面図である。この図では、図１に示された構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００２０】
図２（ａ）の硬さ曲線は、外周面３２ａと一端面３４ａの境界部分を矢印Ａ方向に硬さ測定したときのものである。この硬さ曲線のうち破線で示す曲線は、バイパス導体部２２の無い誘導加熱コイルを用いたときのものである。一方、実線で示す曲線は、バイパス導体部２２の有る誘導加熱コイル１０を用いたものである。また、図２（ｂ）に示す硬化層は、バイパス導体部２２の有る誘導加熱コイル１０を用いたときに得られたものである。バイパス導体部２２の無い誘導加熱コイルを用いたときは、上記の境界部分では、図２（ｂ）に示すよりも深い硬化層になる。このように、バイパス導体部２２の形成された誘導加熱コイル１０を用いることにより、ワーク３０の所定部分における硬化層を適宜に浅くできる。
【００２１】
図３を参照して、本発明の誘導加熱コイルの他の例を説明する。
【００２２】
図３（ａ）は、他の例の誘導加熱コイルを示す斜視図であり、（ｂ）は、バイパス導体部の長さを変更できる構造の誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【００２３】
図３（ａ）に示す誘導加熱コイル４０の特徴は、バイパス導体部４２が、バイパス導体部２２（図１参照）よりも短い点にある。バイパス導体部４２は、バイパス導体部２２と同様に、第２導体部１６に沿って延びる円弧状のものであるが、その円弧の長さが短い。このようなバイパス導体部４２が形成されている誘導加熱コイル４０を用いて高周波焼入れされたワークでは、バイパス導体部４２が短いので、バイパス導体部４２が無いものよりも硬化層は浅いが、バイパス導体部２２が有るときよりも深い硬化層が形成される。従って、バイパス導体部４２の長さを適宜に調整することにより、硬化層の深さも調整できることとなる。
【００２４】
図３（ｂ）に示す誘導加熱コイル５０の特徴は、バイパス導体部５２の長さを適宜に調整できる点にある。この調整のために、第２導体部１６には、バイパス導体部５２を固定するための接続部５４，５６，５８，６０，６２が形成されている。これらの接続部５４，５６，５８，６０，６２にはボルトなどによってバイパス導体部５２を着脱自在に固定できる。従って、目的とする硬化層の深さに応じて、例えば、接続部５４から接続部６２までにわたるバイパス導体部を接続したり、（ｂ）に示すように接続部５４から接続部５６までのバイパス導体部５２を接続したりできる。このため、使い勝手の良い誘導加熱コイル５０が得られる。
【００２５】
【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、導体部を流れる交流電流の一部がバイパス導体部を流れるので、導体部に流れる交流電流が少なくなる。従って、被加熱物のうち導体部に近接した部分は、バイパス導体部が無いときに比べて加熱されにくい。このため、例えば、被加熱物のうち導体部に近接した部分が他の部分よりも加熱され易いような形状の場合、バイパス導体部を設けることにより導体部に流れる交流電流を減少できるので、この導体部に近接した部分が加熱され過ぎることを防止できる。従って、バイパス導体部の太さや長さなどを適宜に調節することにより、被加熱物の形状に拘らずこの被加熱物が加熱されるときの表面からの深さ（加熱深さ）を適宜に調節できる。
【００２６】
また、本発明の第２の誘導加熱コイルによれば、誘導加熱コイルの第１部分と第２部分との間（中間コイル部分）を流れる交流電流の一部がバイパス導体部を流れるので、この中間コイル部分を流れる交流電流が少なくなる。従って、被加熱物のうちこの中間コイル部分に近接した部分は、バイパス導体部が無いときに比べて加熱されにくい。このため、例えば、被加熱物のうち中間コイル部分に近接した部分が他の部分よりも加熱され易いような形状の場合、バイパス導体部を設けることにより中間コイル部分に流れる交流電流を減少できるので、この中間コイル部分に近接した部分が加熱され過ぎることを防止できる。従って、バイパス導体部の太さや長さなどを適宜に調節することにより、被加熱物の形状に拘らずこの被加熱物が加熱されるときの表面からの深さ（加熱深さ）を適宜に調節できる。
【００２７】
また、本発明の第３の誘導加熱コイルによれば、誘導加熱コイルの第１部分と第２部分と間（中間コイル部分）を流れる交流電流の一部がバイパス導体部を流れるので、この中間コイル部分を流れる交流電流が少なくなる。また、バイパス導体部は第１及び第２部分よりも被加熱物から離れているので、バイパス導体部を流れる交流電流は誘導加熱にほとんど寄与しない。従って、被加熱物のうちこの中間コイル部分に近接した部分は、バイパス導体部が無いときに比べて加熱されにくい。このため、例えば、被加熱物のうち中間コイル部分に近接した部分が他の部分よりも加熱され易いような形状の場合、バイパス導体部を設けることにより中間コイル部分に流れる交流電流を減少できるので、この中間コイル部分に近接した部分が加熱され過ぎることを防止できる。従って、バイパス導体部の太さや長さなどを適宜に調節することにより、被加熱物の形状に拘らずこの被加熱物が加熱されるときの表面からの深さ（加熱深さ）を適宜に調節できる。
【００２８】
また、本発明の第４の誘導加熱コイルによれば、接続導体部を流れる交流電流の一部がバイパス導体部を流れるので、第１導体部若しくは第２導体部を流れる交流電流が少なくなる。また、バイパス導体部は第１導体部若しくは第２導体部よりも被加熱物から離れているので、バイパス導体部を流れる交流電流は誘導加熱にほとんど寄与しない。従って、被加熱物のうち第１導体部若しくは第２導体部に近接した部分は、バイパス導体部が無いときに比べて加熱されにくい。このため、例えば、被加熱物の境界部分が他の部分よりも加熱され易いような場合、バイパス導体部を設けることにより第１導体部若しくは第２導体部に流れる交流電流を減少できるので、被加熱物の境界部分が加熱され過ぎることを防止できる。従って、バイパス導体部の太さや長さなどを適宜に調節することにより、被加熱物の形状に拘らずこの被加熱物が加熱されるときの表面からの深さ（加熱深さ）を適宜に調節できる。
【００２９】
ここで、前記バイパス導体部は、誘導加熱コイルに着脱自在に固定されたものである場合は、任意の位置にバイパス導体部を固定できるので、使い勝手の良い誘導加熱コイルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図であり、(ｂ)は、被加熱物がセットされた誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の誘導加熱コイルで誘導加熱して冷却した被加熱物の硬さ曲線を示すグラフであり、（ｂ）は硬化層を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、他の例の誘導加熱コイルを示す斜視図であり、（ｂ）は、バイパス導体部の長さを変更できる構造の誘導加熱コイルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，４０，５０誘導加熱コイル
１２，１４第１導体部
１６第２導体部
１８，２０接続導体部
２２，４２，５２バイパス導体部
３０ワーク

Claims

被加熱物を誘導加熱するための交流電流が流れる導体部を有する誘導加熱コイルにおいて、
前記導体部を流れる交流電流の一部が流れる前記導体部よりも前記被加熱物から離れた位置に形成されたバイパス導体部と、
それぞれの一端が互いに所定間隔離れて前記導体部に接続されると共に前記被加熱物及び前記導体部から離れる方向に突出してその突出したそれぞれの他端が前記バイパス導体部との接続用端になった複数の接続部とを有し、
前記バイパス導体部は、
前記複数の接続部の前記複数の接続用端のうちのいずれか２つの接続用端に選択的にその端部を接続することによりその長さが調整されるものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
被加熱物を誘導加熱するための交流電流が流れる誘導加熱コイルにおいて、
前記誘導加熱コイルを流れる交流電流の一部が前記被加熱物を誘導加熱しないように流れる、該誘導加熱コイルとは異なるバイパス導体部と、
該誘導加熱コイルの所定間隔離れた複数の第１部分にそれぞれの一端が接続されて前記被加熱物及び前記誘導加熱コイルから離れる方向に突出すると共にそれぞれの突出した複数の他端が前記バイパス導体部との接続用端になった複数の接続部とを有し、
前記バイパス導体部は、
前記複数の接続部の前記複数の接続用端のうちのいずれか２つの接続用端に選択的にその端部を接続することによりその長さが調整されるものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
被加熱物を誘導加熱するための交流電流が流れる誘導加熱コイルにおいて、
前記誘導加熱コイルを流れる交流電流の一部が前記被加熱物を誘導加熱しないように流れる、該誘導加熱コイルとは異なるバイパス導体部と、
該誘導加熱コイルの互いに異なる第１部分にそれぞれの一端が接続されて前記被加熱物及び前記誘導加熱コイルから離れる方向に突出すると共にこの突出したそれぞれの他端が前記バイパス導体部との接続用端になった複数の接続部とを有し、
前記バイパス導体部は、
前記複数の接続部の前記複数の接続用端のうちのいずれか２つの接続用端に選択的にその端部を接続することによりその長さが調整されるものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
被加熱物のうち所定の第１の面と、この第１の面に交差すると共に連続して広がる第２の面とを同時に誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記第１の面に近接する、交流電流が流れる第１導体部と、
前記第２の面に近接すると共に前記第１導体部から連続する、交流電流が流れる第２導体部と、
前記第１の面と前記第２の面との境界部分に向き合うと共に、前記第１及び第２導体部に連続する対向導体部と、
該対向導体部の長手方向一端部から分岐し、該対向導体部を挟んで前記境界部分とは反対の側を経由し、前記長手方向一端部とは反対側の長手方向他端部に接続されたバイパス導体部と、
前記対向導体部の長手方向一端部及びこの一端部から互いに所定間隔離れた複数の第１部分にそれぞれの一端が接続されて前記被加熱物及び前記誘導加熱コイルから離れる方向に突出すると共にこの突出したそれぞれの他端が前記バイパス導体部との固定用端になった複数の接続部とを有することを特徴とする誘導加熱コイル。
前記バイパス導体部は、
前記複数の接続部の前記複数の固定用端のうちのいずれか２つの固定用端に選択的にその端部を固定されることによりその長さが調整されるものであることを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱コイル。