JP5619477B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱容量の異なる複数の部位を有する被加熱物を、一定の間隔で順次搬送して連続的に誘導加熱する誘導加熱装置に係り、特に金属塗装品の焼き付け乾燥に適した誘導加熱装置に関するものである。

金属塗装品の焼き付け乾燥は、通常、効率良く処理するために、一定の間隔で順次搬送して連続的に行う場合が多い。そして、その加熱方式としては遠赤外線ヒーター、遠赤外線ガスバーナー、燃焼ガスによる外部加熱方式が利用されている。
しかしながら、ＡＳＳＹ品（組み付け品）、例えばエアコン用のコンプレッサー本体とアキュムレーターとから成るＡＳＳＹ品の場合には、本体内部にはモーターのステータやローターなどの鉄系部材が詰まっているため、本体側の熱容量は大きく、その中でもステータに接触する部分は特に熱容量が大きくなっているが、アキュムレーターは内部が空洞になっているため、アキュムレーター側の熱容量は小さくなっている。そのため、塗装品質を確保するためには、熱容量の大小に合わせた乾燥時間と温度設定が必要になる。
また、現在の加熱能力では、ステータと接触している部分まで十分に加熱するためには４０分以上加熱し続けることが必要であり、コンベア速度が２ｍ／分ならば乾燥炉の全長は８０ｍ必要である。
このため、焼付け装乾燥で使用するエネルギー量は必要以上に多く、ＣＯ_２排出量も多い。また、乾燥炉を設置するためには、広いスペースが必要である。

特開２００５−２５９５７５号公報

外部加熱方式に代えて、高周波誘導加熱方式の利用も考えられるが、従来の高周波誘導加熱方式は、パイプや板など同一形状品を対象としている。而して、このような同一形状品は、熱容量がどの部位でも略同じになっている。
特許文献１では、ガイドレール等の長物を対象としており、ＡＳＳＹ品ではない。特許文献１の誘導加熱装置でＡＳＳＹ品を一定の送り速度で順次搬送して連続的に加熱すると、熱容量の小さい部位が急激に過熱されてしまい、塗装品質が確保できない。一方、ＡＳＳＹ品を間欠的に搬送して加熱したり、バッチ式に加熱したりしたのでは、処理効率が悪い。
それ故、本発明は、上記課題を解決するために、コイル体の形状を被加熱物、例えばＡＳＳＹ品に合わせ、高周波電流の出力を調整することで、被加熱物が熱容量の異なる複数の部位を有するものであっても、連続処理方式で塗装品質を確保できるように、部位毎の温度差を極力小さくしながら加熱できる誘導加熱装置を提供することを、その目的とする。

請求項１の発明は、熱容量の異なる複数の部位を有する被加熱物を、一定の間隔で順次搬送しながら連続的に誘導加熱する誘導加熱装置において、搬送されてくる被加熱物を挟んで対向するよう配置され、対向間隔が狭い領域と対向間隔が広い領域とが交互に形成されている一つのコイル体と、前記コイル体に高周波電流を供給する高周波電源と、前記被加熱物と前記コイル体との位置関係に基づいて前記高周波電源の出力を増減またはＯＮ／ＯＦＦする出力調整手段とを備え、前記出力調整手段は、熱容量の大きい部位全体が狭い領域に入り込む直前から完全に入り込むまでの間で出力を増大またはＯＮし、熱容量の小さい部位が狭い領域に入り始める直前に出力を減少またはＯＦＦする構成になっており、被加熱物の熱容量の大きい部位と小さい部位とを搬送方向に対して並列状態にして搬送させ、前記高周波電源は熱容量の大きい部位は狭い領域を通過する際に主に加熱され、熱容量の小さい部位は広い領域を通過する際に主に加熱されるよう調整する構成になっていることを特徴とする誘導加熱装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した誘導加熱装置において、２つのコイル体が並設されており、出力調整手段は、単一の高周波電源からの高周波電流を切替えにより前記２つのコイル体に択一に高周波電流を供給するものであることを特徴とする誘導加熱装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した誘導加熱装置において、被加熱物を挟んで対向するコイル体を横方向に移動させる横方向移動手段と、前記コイル体を上下方向に移動させる上下方向移動手段を備えることを特徴とする誘導加熱装置である。

本発明の連続式の誘導加熱装置によれば、被加熱物が熱容量の異なる複数の部位を有するもの、例えばＡＳＳＹ品であっても、塗装品質を確保するために、部位毎の温度差を極力小さくしながら加熱できる。
従って、外部加熱方式を利用せずに済み、消費エネルギーやＣＯ_２排出量を削減でき、設置スパースも広く取らずに済む。

本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱装置の斜視図である。 図１の誘導加熱装置のコイル体の正面図である。 図２のコイル体の上面図である。 図１の誘導加熱装置の側方断面図である。 図１の誘導加熱装置のタイムチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱装置の構成図である。

本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱装置１を、図面に従って説明する。
この実施の形態では、図１に示すように、ハンガーＨが誘導加熱装置１の一対のコイルケース３７（後で詳述）の間を移動するようになっている。
ワークＷは、図２に示すように、エアコンのコンプレッサー本体ｗ１とアキュムレーターｗ２とから成るＡＳＳＹ品である。本体ｗ１は内部にモーターのステータやローターなどの鉄系部材が詰まって熱容量は大きくなっており、その中でもステータは熱容量が特に大きい。一方、アキュムレーターｗ２は内部が空洞になっているため、熱容量は小さくなっている。ワークＷは、前工程で電着塗装が行われた後、図１に示すハンガーＨにアキュムレーターｗ２が先行し、本体ｗ１が後行する並設状態で吊下げられて、矢印に示す方向に一定の送り速度で搬送されるようになっている。

先ず、誘導加熱装置１の構成を説明する。
誘導加熱装置１には、図２、図３に示すように、コイル体３が備えられている。
コイル体３には複数本のパイプ部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’が備えられており、これらのパイプ部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’が複数の可とう性通電冷却ホース６で連結されて一続きになっている。すなわち、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ａ、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ａ’、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ｂ、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ｂ’、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ｃ、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ｃ’、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ｄ、可とう性通電冷却ホース６、パイプ部５ｄ’ 可とう性通電冷却ホース６と接続されて一続きになっている。コイル体３は、全体として長円形のらせん状をなしており、図３に示すように、上下方向から見ると、一方のパイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと他方のパイプ部群５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’が略平行に対向している。また、図２に示すように、横方向から見ると、パイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが上下方向に四段で並列された状態となっており、横方向両端側に位置する可とう性通電冷却ホース６は自重により下がっている。なお、パイプ部群５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’も同様に構成されている。

一方のパイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと他方のパイプ部群５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄとの間が、ワークＷの搬送経路となっている。したがって、搬送経路の両側で、パイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとパイプ部群５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄとが、それぞれ加熱壁を構成することになる。図２は一方の加熱壁を構成するパイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを示している。この一方の加熱壁を構成するパイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄには、図２の矢印に示すように、高周波電流は同じ方向に流れる。すなわち、パイプ部５ａに高周波電流が搬送方向と同じ方向に流れる場合には、同じ群のその余のパイプ部５ｂ、５ｃ、５ｄにも高周波電流が搬送方向と同じ方向に流れることになり、パイプ部５ａに高周波電流が搬送方向と反対の方向に流れる場合には、同じ群のその余のパイプ部５ｂ、５ｃ、５ｄにも高周波電流が搬送方向と反対の方向に流れることになる。他方の加熱壁を構成するパイプ部群５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’にも同じ方向に高周波電流が流れるが、その方向は一方の加熱壁を構成するパイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとは逆方向になっている。すなわち、パイプ部群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに高周波電流が搬送方向と同じ方向に流れる場合には、パイプ部群５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’には高周波電流が搬送方向と反対方向に流れることになる。

なお、図３に示すように、一方の加熱壁を構成するパイプ部５ａ、５ｂ、５ｃはいずれも同じように互いに対向方向に凹凸状に周期的に曲げられて対向間隔が周期的に変更されている。また、パイプ５ｄも若干凹部と凸部の長さを変えるがやはり周期的に曲げられて対向間隔が周期的に変更されている。他方の加熱壁を構成する各パイプ部５ａ’、５ｂ’、５ｃ’、５ｄ’も同様になっている。
したがって、対向する加熱壁どうしの対向間隔が広い領域と、中間の傾斜領域と、狭い領域とが周期的に形成されている。以下、説明の便宜のために、パイプ部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ａ’、５ｂ’、５ｃ’を基準として、凹底部を狭い領域Ｘ、凸頂部を広い領域Ｙと規定する。狭い領域Ｘと広い領域Ｙとの間には、傾斜した移行領域が存在する。狭い領域Ｘの搬送方向の長さは本体ｗ１の搬送方向の長さと略同じ程度になっており、広い領域Ｙの搬送方向の長さはワークＷ全体の搬送方向の長さと略同じ程度になっている。
因みに、パイプ部５ｄ、５ｄ’の凹凸を変えて狭い領域Ｘを延ばしているが、これは、図２に示す本体ｗ１の下部に熱容量の特に大きいステータが収容されており、この部位を特に強く加熱する必要があるからである。なお、アキュムレーターｗ２は本体ｗ１より短いのでパイプ部５ｄ、５ｄ’には対向していない。

上記したように、加熱壁の対向間隔に差があるので、一定の高周波電流が供給されると、対向間隔が狭い領域ＸではワークＷが強く加熱され、広い領域ＹではワークＷが弱く加熱される。
コイル体３には高周波電源７が接続されており、パイプ部５ａ〜５ｄには一律に同じ高周波電流が供給されるようになっている。この高周波電源７には、出力をＯＮ／ＯＦＦする出力調整手段が内蔵されている。

図４は誘導加熱装置１を長手方向から見た断面図である。
符号９は支持ベースを示し、この矩形の支持ベース９の四隅には支柱１１がそれぞれ水平回転自在に立設支持されている。各支柱１１は昇降モーター１３とベルト１４を介して動力が伝達されるようになっている。また、各支柱１１のネジ部にはナット部材１５が螺合している。符号１７は下方に向かって開口した箱状の取付部を示し、この取付部１７に上記したナット部材１５が取り付けられている。従って、昇降モーター１３の駆動により支柱１１が回転すると、取付部１７がナット部材１５と一緒に昇降、すなわち上下移動する。

取付部１７の上面側について説明する。
符号２１、２１は一対の板状ナットを示し、各板状ナット２１の底面側にはスライドブロック２３が取り付けられている。スライドブロック２３は取付部１７の上面に設けられたガイドレール（図示省略）に摺動自在に係合しており、一対の板状ナット２１、２１は離間した状態で立設されている。また、板状ナット２１、２１は互いに逆ネジの関係を為すように形成されている。

符号２５は中心移動モーターを示し、この中心移動モーター２５は取付部１７の内面側に取付けられている。中心移動モーター２５の移動ネジ２７は、支持部２９のナットに螺合している。支持部２９は断面が「く」の字状で上面が平坦になっており、側部にナットが形成されている。支持部２９の上面は、取付部１７の開口から突出している。従って、中心移動モーター２５の駆動により支持部２９が矢印に示す方向に移動するようになっている。
支持部２９の上面に設置された軸受には開閉ネジ３１が支持されており、この開閉ネジ３１は上記した板状ナット２１、２１と螺合している。
符号３３は開閉モーターを示し、この開閉モーター３３は支持部２９の下面側に取り付けられている。開閉モーター３３はベルト３４を介して上記した開閉ネジ３１に動力が伝達されるようになっている。

各板状ナット２１上にコイル支持シャフト３５が一定の間隔をおいて複数立設されており、一方側の板状ナット２１に立設されたコイル支持シャフト３５と他方側の板状ナット２１上に立設されたコイル支持シャフト３５は、短手方向から見ると互いに対向している。そのコイル支持シャフト３５にコイル体３を構成するパイプ部５が緊縛等の適宜な手段により取付けられている。
各コイルケース３７は対向面が開口している。各コイルケース３７に取付部１７上のコイル体３などが収容されている。

コイル支持シャフト３５とその余の下部との間には高周波遮蔽のために隔板体３９ａ、３９ｂが設けられている。隔板体３９ａは左側のコイルケース３７に左端が固定され、隔板体３９ｂの右端は右側のコイルケース３７に固定されている。そして、隔板体３９ａと隔板体３９ｂは相対的に摺動自在に上下で重なり合っている。従って、対向するコイル支持シャフト３５どうしの間隔が広がったり狭まったりしても、隔板体３９により、コイル支持シャフト３５とその余の下部は隔離され続ける。

上記のような構成により、開閉モーター３３が駆動されると、コイル支持シャフト３５と共に対向するパイプ部５、５が同期して互いに近接離間する方向に移動する、すなわち開閉移動する。
また、中心移動モーター２５が駆動されると、支持部２９が取付部１７の開口内を移動し、支持部２９上の開閉ネジ３１も同期して移動する。従って、対向するパイプ部５、５の間の中心軸ｃが移動することになる。このように、横方向移動手段が設けられている。
また、昇降モーター１３の駆動により、対向するパイプ部５、５が上下に移動することになる。このように、上下移動手段が設けられている。

次に、誘導加熱装置１の動作を説明する。
ワークＷの品種や吊下げ位置に対応して、横方向移動手段や上下方向移動手段により、パイプ部５の位置を予め調整しておく。

誘導加熱を開始すると、ハンガーＨに吊下げられてワークＷ、Ｗ、‥‥が、対向するパイプ部５、５どうしの間の搬送経路に、矢印（図２、図３）に示すように、順次一定の送り速度で搬送されてくる。なお、ワークＷは、熱容量の小さい部位であるアキュムレーターｗ２が先行し、熱容量の大きい部位である本体ｗ１が後行するように並設状態で搬送されてくる。
図５において、後行の本体ｗ１全体が狭い領域Ｘに完全に入り込む直前（実線で示す位置にきたとき）に高周波電源７をＯＮにし、先行のアキュムレーターｗ２の先端が狭い領域Ｘに入り始める直前（点線で示す位置にきたとき）にＯＦＦにする。本体ｗ１全体が狭い領域に完全に入り込む直前（実線で示す位置にきたとき）に先行のアキュムレーターｗ２の後端は狭い領域Ｘから殆ど抜け出す位置にある。このように、ＯＦＦからＯＮへの切り替えは、本体ｗ１、ＯＮからＯＦＦへの切り替えは、アキュムレーターｗ２の位置を基準とする。なお、図５ではＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングの理解の便宜のために、本体ｗ１の位置を基準としてタイムチャートが作成されており、本体ｗ１が実線の位置にきたときに、ＯＮになり、点線の位置にきたときにＯＦＦになっている。

高周波電源７がＯＮのときにワークＷは加熱されることになるが、上記したようなタイムチャートでＯＮ／ＯＦＦされるので、本体ｗ１は狭い領域Ｘで、換言すれば近づいたコイル体３で主に加熱され、アキュムレーターｗ２は広い領域Ｙで、換言すれば遠ざかったコイル体３で主に加熱される。なお、本体ｗ１はアキュムレーターｗ２より一回り大きく設計されており、この大きさの差も相俟って本体ｗ１にはコイル体３がより近づいた状態で強く加熱され、アキュムレーターｗ２はコイル体３がより遠ざかった状態で弱く加熱されることになる。

また、電源はＯＮ／ＯＦＦされるので、一気に加熱されず、１つのコイル体３で何度かに分けて温度が上昇していくことになっている。
したがって、本体ｗ１とアキュムレーターｗ２にある程度熱容量の差があっても、本体ｗ１はアキュムレーターｗ２よりも強く加熱されるので、誘導加熱装置１から出てきた後には、本体ｗ１とアキュムレーターｗ２の温度差は製品として許容できる程度に収まっている。

本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱装置を、図６に従って説明する。
この実施の形態では、第１の実施の形態に係る構成の誘導加熱装置１を２連並設状態に配置しており、１つの高周波電源７からの高周波電流が、切替え手段４１により択一的に供給される。すなわち、一方のコイル体３でＯＮするときには、他方のコイル体ではＯＦＦにする。
このように構成すると、一つの高周波電源７の設置で済むので消費エネルギーの削減、さらには省スペース化及びコストの低減も図れる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成が上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
例えば、金属塗装品の焼き付け乾燥だけでなく、ロー付け、焼き嵌め等にも利用できる。
また、第１の実施の形態では、高周波電源の出力をＯＮ／ＯＦＦ切り替えで調整しているが、出力を高低に分け、高ＯＮ／低ＯＦＦ切り替えで調整してもよい。被加熱物の種類によってその部位間の熱容量の差は変わるが、熱容量の大小の差が比較的大きい場合にはＯＮ／ＯＦＦ切り替えで、比較的小さい場合には高ＯＮ／低ＯＦＦ切り替えと使い分けことで対応することができる。

本発明の誘導加熱装置によれば、消費エネルギーの削減、さらには省スペース化及びコストの低減も図れる。
設置にスペースを取らず、消費エネルギーやＣＯ_２排出量も少なくて済む。

１‥‥誘導加熱装置（第１の実施の形態） ３‥‥コイル体
５ａ〜５ｄ、５ａ’〜５ｄ’‥‥パイプ部
６‥‥可とう性通電冷却ホース ７‥‥高周波電源
９‥‥支持ベース １１‥‥支柱
１３‥‥昇降モーター １４‥‥ベルト
１５‥‥ナット部材 １７‥‥取付部
２１‥‥板状ナット ２３‥‥スライドブロック
２５‥‥中心移動モーター ２７‥‥移動ネジ
２９‥‥支持部 ３１‥‥開閉ネジ
３３‥‥開閉モーター ３４‥‥ベルト
３５‥‥コイル支持シャフト ３７‥‥コイルケース
３９ａ、ｂ‥‥隔板体
４１‥‥切替え手段（第２の実施の形態）
Ｗ‥‥ワーク ｗ１‥‥本体 ｗ２‥‥アキュムレーター
Ｈ‥‥ハンガー
ｃ‥‥中心軸

Claims (3)

1. 熱容量の異なる複数の部位を有する被加熱物を、一定の間隔で順次搬送しながら連続的に誘導加熱する誘導加熱装置において、
   搬送されてくる被加熱物を挟んで対向するよう配置され、対向間隔が狭い領域と対向間隔が広い領域とが交互に形成されている一つのコイル体と、
   前記コイル体に高周波電流を供給する高周波電源と、
   前記被加熱物と前記コイル体との位置関係に基づいて前記高周波電源の出力を増減またはＯＮ／ＯＦＦする出力調整手段とを備え、
   前記出力調整手段は、熱容量の大きい部位全体が狭い領域に入り込む直前から完全に入り込むまでの間で出力を増大またはＯＮし、熱容量の小さい部位が狭い領域に入り始める直前に出力を減少またはＯＦＦする構成になっており、
   被加熱物の熱容量の大きい部位と小さい部位とを搬送方向に対して並列状態にして搬送させ、前記高周波電源は熱容量の大きい部位は狭い領域を通過する際に主に加熱され、熱容量の小さい部位は広い領域を通過する際に主に加熱されるよう調整する構成になっていることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 請求項１に記載した誘導加熱装置において、
   ２つのコイル体が並設されており、出力調整手段は、単一の高周波電源からの高周波電流を切替えにより前記２つのコイル体に択一に高周波電流を供給するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
3. 請求項１または２に記載した誘導加熱装置において、
   被加熱物を挟んで対向するコイル体を横方向に移動させる横方向移動手段と、前記コイル体を上下方向に移動させる上下方向移動手段を備えることを特徴とする誘導加熱装置。

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