JP4822524B2 - 円形平面の誘導加熱コイル - Google Patents

Description

本発明は、端面に円形平面を有する部材の円形平面を均一に加熱する円形平面の誘導加熱コイルに関するものである。

円形平面を加熱するコイルとしては、従来図５に示すような渦巻き形コイルが使用されている。また平面を均一に加熱するコイルとして特許文献１の発明が開示されている。
特開２０００−１２２０５

しかしながら、前記渦巻き形コイルでは中心部が加熱し難く外周部に比して中心部の温度が低くなり、均一温度の加熱が困難であった。また前記特許文献１のような直線型のコイルにより円形平面を回転しながら加熱すると中心部の温度が低くなるか、逆に中心部の温度が外周部より高くなりすぎて、いずれも均一加熱が困難であるという問題点があった。
そこで、本発明は、これを解決して円形平面を均一加熱する円形平面の誘導加熱コイルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の円形平面の誘導加熱コイルは、該被加熱円形平面の円中心を通る直線状の直線導体と、該直線導体を挟んで平行に円中心近傍から互いに反対の外周方向に延長される第１平行導体及び第２平行導体と、前記直線導体の両側に放射状にほぼ円周等間隔に配設される偶数個の放射導体とを有し、該放射導体の円中心側の端部は円中心から所定半径の円のほぼ同一円周上にあって、相隣る中心側端部が連結導体により連結され、前記直線導体の両端及び前記第１、第２平行導体と前記偶数個の放射導体の円外周側の端部は被加熱円形の直径よりやや大きい円のほぼ同一円周上にあり、前記放射導体の円外周側の端部は相隣る前記直線導体の端部又は前記平行導体の外周端と連結導体により連結され、前記第１、第２平行導体の円中心近傍端にはそれぞれリード導体が連結されて回路を構成し、前記各導体が被加熱円形平面にほぼ平行に配設され、円形平面を相対的に回転しながら加熱することを特徴とするものである。

すなわち、上記構成により、電流は一方のリード導体から、第１平行導体−連結導体−放射導体−連結導体−放射導体−連結導体−直線導体−連結導体−放射導体−連結導体−放射導体−連結導体−第２平行導体−他方のリード導体に流れてコイル回路を構成する。そして、被加熱円形平面を回転しながら加熱すると、直線導体が円形平面の外周から中心まで全部を加熱し、平行導体と放射導体がさらに外周側を加熱して全面を加熱する。これにより、中心部の温度低下も無く全体が均一加熱される。なお、これに偶数の放射導体を増すと、上記回路の間にさらに、中心側連結導体−放射導体−円外周側端部連結導体−放射導体−中心側連結導体の回路が加わることになる。

このような構成の本発明のコイルを用いて、円形平面を回転しながら加熱すると、円の中心部は被加熱円形平面の円中心を通る直線導体により加熱されるので、従来の渦巻き形コイルのように中心部の温度が低くなることがない。また、外周部の加熱線長が中心部より長くなる（外側の円周ほど加熱時間が少なくなる）が、外周部はさらに前記放射導体により加熱されるので、円全面を均一温度に加熱することができる。そして、放射導体を偶数個にして前記回路を構成することにより、前記直線導体とこれに平行する第１、第２平行導体には同方向に電流が流れるので、干渉することがない。この放射導体は２個にしてもあるいは４個にしても偶数であればよい。

また、前記放射導体の円中心側の端部は円中心から離して所定半径の円周上にされるが、放射導体を円中心まで延長すると、円中心部近くの加熱時間が外周部に比して長くなるので、放射導体を中心まで延長しないようにしたものである。この所定半径は、経験的にあるいは実験的に決定される。

本発明の円形平面の誘導加熱コイルは、前記第１、第２平行導体と放射導体及び、又は直線導体は被加熱円形平面との間隔が、円形中心側が円形外周側より大きくなるように形成されていることが望ましい場合がある。

すなわち、被加熱円形平面を回転しながら加熱すると、中心部の加熱線長は外周部より小さい（中心部の円周ほど加熱時間が長くなる）ので、中心部の温度が上がりやすい。これを補償するために、前述したように本発明は、放射導体により外周部の加熱を大きくしている。しかし、それでもなお中心部の温度が高くなる場合は、図２のように導体と加熱平面との間隔が中心部が大きくなるような形状に導体を形成させるとよい。この間隔の差の量は実験的に決定される。また、この間隔の差は、直線導体又は放射導体のいずれか一方でも、あるいは両者でもよい。

本発明の円形平面の誘導加熱コイルは、電力効率よく円形平面を均一温度に加熱できるので、誘導加熱焼入れにおいて、均一硬さの焼入れ部材が得られ、品質が向上しコストが低減できる。

以下、本発明の円形平面の誘導加熱コイルを図示の１実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の円形平面の誘導加熱コイルの構成を示す概念的斜視図、図２は誘導加熱コイルの断面図である。

以下、これらの図を用いて説明する。本実施形態の被加熱部材Ｗ（以下ワークという）は、図１に示すような円形平面を有する円板である。誘導加熱コイル１００の直線導体９は、ワークＷの中心を通る直線状導体で、その両端はワークＷの直径よりやや大きい円周上にあるような長さにされている。

直線導体９を挟んで平行に第１平行導体３と第２平行導体１５が、ほぼ円中心近くから互いに反対の外周方向に延長され、その延長端は前記直線導体９の両端とほぼ同じ円周上にある。第１平行導体３と第２平行導体１５の円中心側端にはそれぞれリード導体２と１６が連結され、リード導体２と１６の他端はターミナル１と１７に接続される。

直線導体９の両側に放射状にほぼ円周等間隔に４個の放射導体１１、１３、７、５が配設される。各放射導体１１、１３、７、５の円中心側端は円中心から設定された半径の円周のほぼ同一円周上にある。この円半径は、各放射導体の外周からの長さを決めるものであり、前述のように円中心側の温度上昇を抑えて円全体が均一加熱されるように、実験値により定められる。また各放射導体の外周側端は前記直線導体９の両端と同じ円周上にある。本実施形態では放射導体は４個としたが、８個にしてもよい。

放射導体１１と１３、及び放射導体７と５の円中心側端は、相互に連結導体１２及び６により連結される。そして、放射導体７の外周端は、連結導体８を介して直線導体９の一端９ａに連結され、放射導体５の外周端は連結導体４を介して第１平行導体３の外周端に連結される。また、反対側の放射導体１１の外周端は、連結導体１０を介して直線導体９の他端９ｂに連結され、放射導体１３の外周端は連結導体１４を介して第２平行導体１５の外周端に連結される。

これにより、コイル１００は、一方のターミナル１−リード導体２−第１平行導体３−連結導体４−放射導体５−連結導体６−放射導体７−連結導体８−直線導体９−連結導体１０−放射導体１１−連結導体１２−放射導体１３−連結導体１４−第２平行導体１５−他方のリード導体１６−ターミナル１７と連結されコイル回路を構成する。なお、本実施形態では放射導体を４個としたが偶数の放射導体を増すと、上記回路の放射導体５と７の間に、さらに、連結導体６−放射導体５´−連結導体８´−放射導体７´−連結導体６´−放射導体７の回路（図示しない）が加わることになる。

このコイル１００はワークＷの加熱面にほぼ中心を一致させて、各導体を加熱面に所定間隔をおいてほぼ平行に置く。そして、ワークＷを回転しながら、コイルに電流を付加して円平面を加熱する。この際に、通常各導体を加熱面にほぼ平行に置くが、これでは中心部の温度が上がり過ぎる場合には、図２に示すように、円外周部との間隔ｈより中心部の間隔Ｈを大きくするとよい。これには、直線導体９を図２のように曲げ、あるいは曲線に形成してもよい。また、各平行導体３、１５や放射導体５、７、１１、１３の円中心側を図２のように形成してもよい。あるいは直線導体と放射導体の両者をそのようにしてもよい。

実施例として、直径３２０ｍｍφの鋼種ＦＣＤ７００の円形平面を誘導加熱焼き入れした。
加熱条件は、
周波数： １０ｋＨｚ
入力： ２００Ｋｗ
加熱温度×時間：９５０℃×３５ｓ 水冷

焼入れ後、図３の位置でビッカース硬さ１０ｋｇで測定した結果を図４に示す。
図４に示すように円板平面の各位置における硬さは、Ｈｖ７２０±２０の範囲内で均一焼入れ硬さがえられた。

以上述べたように、本発明の円形平面の誘導加熱コイルによれば、円形平面を均一温度に加熱できるので、誘導加熱焼入れによって均一硬さの焼入れ部材が得られ、品質が向上しコストが低減できる。

本発明実施形態の円形平面の誘導加熱コイルの概念的斜視図である。 本発明実施形態の円形平面の誘導加熱コイルの一例の断面図である。 本発明実施例の硬さ測定位置を示す図である。 本発明実施例の硬さ測定結果を示す図である。 従来の円形平面の誘導加熱コイルの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ターミナル、２ リード導体、３ 第１平行導体、４ 連結導体、５ 放射導体、６ 連結導体、７ 放射導体、８ 連結導体、９ 直線導体、１０ 連結導体、１１ 放射導体、１２ 連結導体、１３ 放射導体、１４ 連結導体、１５ 第２平行導体、１６リード導体、１７ ターミナル

Claims (2)

1. 円形平面を加熱する誘導加熱コイルにおいて、該被加熱円形平面の円中心を通る直線状の直線導体と、該直線導体を挟んで平行に円中心近傍から互いに反対の外周方向に延長される第１平行導体及び第２平行導体と、前記直線導体の両側に放射状にほぼ円周等間隔に配設される偶数個の放射導体とを有し、該放射導体の円中心側の端部は円中心から所定半径の円のほぼ同一円周上にあって、相隣る中心側端部が連結導体により連結され、前記直線導体の両端及び前記第１、第２平行導体と前記偶数個の放射導体の円外周側の端部は被加熱円形の直径よりやや大きい円のほぼ同一円周上にあり、前記放射導体の円外周側の端部は相隣る前記直線導体の端部又は前記平行導体の外周端と連結導体により連結され、前記第１、第２平行導体の円中心近傍端にはそれぞれリード導体が連結されて回路を構成し、前記各導体が被加熱円形平面にほぼ平行に配設され、円形平面を相対的に回転しながら加熱することを特徴とする円形平面の誘導加熱コイル。
2. 前記第１、第２平行導体と放射導体及び、又は直線導体は、被加熱円形平面との間隔が、円形中心側が円形外周側より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の円形平面の誘導加熱コイル。

Images