JP5875892B2

JP5875892B2 - 高周波加熱用の出力ケーブル

Info

Publication number: JP5875892B2
Application number: JP2012036894A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　英司; 英司鈴木
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: JP2013171808A

Description

本発明は、高周波の例えば誘導加熱によって各種ワークを加熱処理する際に使用される高周波加熱用の出力ケーブルに関する。

従来、誘導加熱を利用した高周波加熱装置の出力端子に接続され、その先端に加熱コイルが接続される出力ケーブルとしては、例えば特許文献１に開示されている。この出力ケーブルは、チューブ内に一対の網導線と加熱コイル用の一対の冷却水チューブが嵌挿されて、全体として可撓性を有する如く構成されている。そして、一対の網銅線が往路側導体と復路側導体を形成して、これらの各導体を介して高周波電源から加熱コイルに高周波電流が供給されると共に、冷却水チューブを介して加熱コイルの銅パイプ内に冷却水が循環供給されるようになっている。

特開平１１−２２４７６６号公報

しかしながら、このような出力ケーブルにあっては、高周波電源から高周波電流が供給される導体として多数本の細い銅線が編まれた状態の一対の網導線が使用され、その一方の網導線が往路側導体を形成し他方の網導線が復路側導体を形成しているため、ケーブルの途中が金属部材に接触したり金属部材の近傍に配置されると、網導線から発生する磁束により金属部材に誘導加熱現象が発生し、該金属部材を発熱させてしまい、出力ケーブルの配置に細心の注意を払う必要がある等、誘導加熱の作業性が劣る。特に、例えばジェットタービン等のように大きなワークの複数のネジ部を、加熱コイルを移動させながら誘導加熱する場合等に、加熱コイルの移動と共に出力ケーブル自体が移動してその位置が変化し、ワークの誘導加熱しない部分等に接触し易いことから、その改善が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ケーブル自体から発生する磁束を少なくして、出力ケーブルの配置に気を使う必要がなく加熱作業の作業性等を向上させ得る高周波加熱用の出力ケーブルを提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、往路側導体と復路側導体からなるケーブル本体を有して、高周波電源の出力端子に接続され、その先端に出力変成器を介して加熱コイルが接続される高周波加熱用の出力ケーブルであって、前記ケーブル本体は、多数本の裸銅線が束ねられてその外周部が内部絶縁体でそれぞれ被覆された複数本の導体と、前記導体の端末部が捻られた状態とされてその先端に圧着固定された圧着端子と、前記導体の端末部以外が捻られることなく束ねられて内部に嵌挿配置された外部絶縁体とを有し、前記複数本の導体のうち、隣接する導体の一方が前記往路側導体として使用可能で他方が復路側導体として使用可能に構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記複数本の導体が、該導体に隣接する全ての導体が同一路側導体とならないように構成されていることを特徴とする。さらに、請求項３に記載の発明は、前記内部絶縁体及びまたは外部絶縁体がシリコンで形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、多数本の導線が内部絶縁体でそれぞれ被覆された複数本の導体と、該導体を束ねた状態でその外周部を被覆する外部絶縁体とを有するケーブル本体の複数本の導体のうち、隣接する導体の一方が往路側導体として使用可能で他方が復路側導体として使用可能に構成されているため、ケーブル自体から発生する磁束が電流方向が互いに逆となる導体を隣接させることで打ち消されて少なくなり、ケーブル自体による誘導加熱現象を抑制して、その配置に気を使う必要がなくなる等、加熱作業の作業性を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ケーブル本体の所定の導体に隣接する全ての導体が同一路側導体とならないように構成されているため、各導体（ケーブル本体）から発生する磁束の打ち消し効果が高められて、ケーブル自体による誘導加熱現象を一層抑制することができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、ケーブル本体の内部絶縁体や外部絶縁体がシリコンで形成されているため、ケーブル本体に十分な可撓性を確保できて、長さが長い出力ケーブルであっても、その配置を容易に行うことができる等、加熱作業の作業性を一層向上させることができる。

本発明に係わる出力ケーブルを使用した高周波加熱装置の側面図同その高周波電源部分の平面図同出力ケーブルの端末部分を示す平面図同出力ケーブルの断面図で、（ａ）が図３のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）が各導体の断面図本発明に係わる出力ケーブルの変形例を示す図４（ａ）と同様の断面図

以下、本発明を実施するため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用の出力ケーブルの一実施形態を示している。図１及び図２に示すように、高周波加熱装置１は、所定周波数の高周波電流を出力可能な高周波電源２（高周波発信器）と、この高周波電源２の前面に設けた出力端子に接続され、先端に出力変成器４を介して加熱コイル５が接続された出力ケーブル３を有している。なお、高周波電源２に併設して冷却水供給装置６が設けられ、この冷却水供給装置６と前記加熱コイル５が、高周波電源２を中継して往路側と復路側からなる一対の冷却ホース７で接続されている。

前記高周波電源２は、例えば半導体スイッチング素子を使用したフルブリッジ回路等からなるインバータ回路を有するトランジスタインバータで構成され、所定周波数の高周波電流をその出力端子から出力可能となっている。また、例えば高周波電源２に設けた図示しない制御装置には、「加熱入」「加熱切」「タイマセット」「非常停止」等の操作ボタンが設けられた手操作ボックス８が、所定長さのケーブルで有線接続されるかもしくは無線接続されている。

この高周波電源２の出力端子に接続される前記出力ケーブル３は、図３及び図４（ａ）に示すように、外部絶縁体１１の内部に複数本の導体１０が嵌挿されたケーブル本体３ａと、十分な可撓性を有してケーブル本体３ａの外周部を覆う絶縁チューブ３ｂを有している。ケーブル本体３ａは、複数本の導体１０からなる往路側導体１０Ａと、該往路側導体１０Ａと同一本数の導体１０からなる復路側導体１０Ｂを有し、これら導体１０Ａ、１０Ｂがシリコンからなる前記外部絶縁体１１で被覆されている。なお、図４（ａ）においては、各導体１０間に隙間が形成された状態となっているが、これは作図上の問題であって、実際には、各導体１０は密着した状態で外部絶縁体１１で被覆されている。このことは、後述する変形例においても同様である。

前記往路側導体１１Ａと復路側導体１０Ｂを形成する複数本の導体１０は、図４（ｂ）に示すように、多数本の導線としての裸銅線１２と、この裸銅線１２を束ねた状態でその外周部を被覆する内部絶縁体１３を有している。この内部絶縁体１３は、導体１０の外径が例えば５ｍｍ程度と比較的小さく導体１０自体が細くて所定の可撓性を有していることから、所定色のポリエチレン等が使用されるが、前記外部絶縁体１１と同様のシリコン等の可撓性に優れた材質を使用することも可能である。

また、往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂを構成する複数本の導体１０は、図４（ａ）に示すように、往路側と復路側が交互に隣接する、すなわち隣接する複数本の導体１０が全て同一路側の導体とならないように設定されている。このとき、各導体１０は、前述した内部絶縁体１３の色が、例えば図４（ａ）で斜めのハッチングで示す往路側導体１０Ａが「青色」で、図４（ａ）で格子状のハッチングで示す復路側導体１０Ｂが「赤色」に設定されている。そして、「青色」の複数本の導体１０を並列接続状態とすることで１本の往路側導体１０Ａとして機能し、「赤色」の複数本の導体１０を並列接続状態とすることで１本の復路側導体１０Ｂとして機能するようになっている。

また、前記往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂを形成する複数本の導体１０は、図３に示すように、所定長さの端末部が捻られた状態とされて、その先端に圧着端子１４が絶縁スリーブ１５を介してそれぞれ圧着固定され、この一対の圧着端子１４が高周波電源２の出力端子や出力変成器４の入力端子に接続固定されるようになっている。なお、ケーブル本体３ａの端末部以外の内部の導体１０は、捻れることなく外部絶縁体１１内に嵌挿配置されている。また、ケーブル本体３ａの外部絶縁体１１の端末部は、熱収縮性絶縁体１６で被覆され、また、ケーブル本体３ａの外周部を被覆する前記絶縁チューブ３ｂは、その端末部分がインシュロック１７（締結バンド）によりケーブル本体３ａに固定されている。

この出力ケーブル３の先端に接続される前記出力変成器４は、例えば特許第３３９７２６７号に示す外形形状が円筒形状の出力変成器が使用され、変成器４自体の小型化が図られると共に、図１及び図２に示すように、外周ケース４ａに設けた取手４ｂを持つことにより容易に移動ができて、使い勝手の向上が図られている。また、この出力変成器４の出力端子に接続される前記加熱コイル５は、誘導加熱するワーク自体や加熱部位の形態に応じて、銅パイプを所定形状に屈曲させる等した適宜形状の加熱コイルが使用されている。そして、この加熱コイル５の両端部に前記一対の冷却ホース７が接続され、冷却水供給装置６から冷却水が加熱コイル５の銅パイプ内に循環供給されて、加熱コイル５への高周波電流供給時の、該加熱コイル５自体の発熱が抑えられるようになっている。

次に、このように構成された前記高周波加熱装置１の動作の一例について説明する。先ず、高周波電源２の出力端子に作業現場に対応した所定長さの出力ケーブル３の基端部を接続すると共に、冷却水供給装置６と加熱コイル５を出力ケーブル３と同一長さの冷却ホース７で接続する。このとき、一対の冷却ホース７と出力ケーブル３は、その所定位置が締結バンド等により結束されており、出力ケーブル３と冷却ホース７が一体的に移動可能となっている。

そして、作業者が出力変成器４の取手４ｂを握持して加熱コイル５をワークの誘導加熱位置まで移動させ、この状態で前記手操作ボックス８の「加熱入」ボタンを押すと、高周波電源２から出力変成器４に予め加熱部位の形態等に応じて設定した所定周波数の高周波電流が供給される。出力変成器４に高周波電流が供給されると、これが該変成器４で所定出力の電流に変換されて加熱コイル５に供給され、加熱コイル５から発生する磁束でワークの加熱部位に渦電流が誘起されて該部分が短時間で誘導加熱される。

この誘導加熱時に高周波電流は、高周波電源２の一方の出力端子、ケーブル本体３ａの往路側導体１０Ａ、出力変成器４の往路側、加熱コイル５、出力変成器４の復路側、ケーブル本体３ａの復路側導体１０Ｂ、高周波電源２の他方の出力端子に流れる。そして、この高周波電流は、ケーブル本体３ａの各導体１０部分において、表皮効果により各導体１０の表面に集中して流れる表皮電流になると共に、ケーブル本体３ａを流れる場合に、各導体１０ａから少なからず磁束が発生した状態となる。

このとき、前記出力ケーブル３の場合、ケーブル本体３ａの隣接する導体１０を流れる電流の向きが逆方向となっていることから、各導体１０から発生する磁束が互いに打ち消される状態となって、従来の電流方向がそれぞれ一定の網銅線からなる導体に比較して、ケーブル本体３ａから発生する磁束の量が低減する。したがって、例えば長さが数十メートルと長い出力ケーブル３を加熱コイル５の位置変更により移動させた場合で、出力ケーブル３の途中が作業現場の金属部材やワークの非加熱部位に接触したり近接した場合等であっても、これらの部材の誘導加熱現象が抑えられることになる。

そして、加熱部位が所定時間誘導加熱されたら、手操作ボックス８の「加熱切」ボタンを押して、加熱コイル５への高周波電流の供給を停止させる。これにより、ワークの所定の加熱部位の誘導加熱作業が完了する。なお、加熱コイル５による誘導加熱時間は、作業者が誘導加熱部位の加熱状態を目視で確認しながら入切しても良いし、手操作ボックス８の「タイマセット」ボタンで設定した時間を使用しても良い。そして、ワークの所定の加熱部位の加熱が終了したら、加熱コイル５を同じワークの次の加熱部位に移動させて、該部位を同様に誘導加熱する。この加熱コイル５（出力変成器４）の移動時に、出力ケーブル３の外部絶縁体１１が前述したようにシリコンで形成されて十分な可撓性を有していたり、絶縁チューブ３ｂや冷却ホース７も十分な可撓性を有していることから、出力ケーブル３が加熱コイル５等に追従して良好に移動することになる。

このように、前記実施形態の出力ケーブル３を使用した高周波加熱装置１においては、多数本の裸銅線１２が内部絶縁体１３でそれぞれ被覆された複数本の導体１０と、該導体１０を束ねた状態でその外周部を被覆する外部絶縁体１１とを有するケーブル本体３ａの複数本の導体１０のうち、隣接する導体１０の一方が往路側導体１０Ａとして使用され他方が復路側導体１０Ｂとして使用可能に構成されているため、出力ケーブル３自体から発生する磁束が、電流方向が互いに逆となる隣接する導体１０により打ち消されて少なくなり、出力ケーブル３自体による誘導加熱現象を抑制して、その配置に気を使う必要がなくなる等、誘導加熱作業の作業性を向上させることができる。

特に、所定の導体１０に隣接する全ての導体１０が同一路側導体とならないように構成されているため、各導体１０から発生する磁束の打ち消し効果が高められて、出力ケーブル３自体による誘導加熱現象を一層抑制することができると共に、ケーブル本体３ａの端末部における往路側導体１０Ａの複数本の導体１０と、復路側導体１０Ｂの複数本の導体１０が、それぞれ捻られた状態となっているため、各往路側及び復路側の導体１０Ａ、１０Ｂから発生する磁束の打ち消し効果をより一層高めることが可能になる。

また、ケーブル本体３ａの最外側に位置する外部絶縁体３ｂがシリコンで形成されているため、ケーブル本体３ａに十分な可撓性を確保できて、長さが長い出力ケーブル３であっても、その配置に気を使うことなく容易に移動させることができると共に、出力ケーブル３の先端に接続された出力変成器４に設けた取手４ｂの握持により、加熱コイル５等をケーブル本体３ａと共に所望位置に容易に移動させることができて、誘導加熱作業時の作業性を一層向上させることができる。

さらに、出力ケーブル３の先端側に接続された出力変成器４が、外形形状が円筒形状に形成されて、その内部構造により効率的な変成器として作用するため、この出力変成器４の移動をより一層容易に行うことができると共に、高周波電源２を移動させることなく大きなワークの複数箇所の加熱部位に加熱コイル５を容易に移動させることができ、加熱コイル５の使い勝手を向上させて各種形態のワークに容易に適用することが可能になる。

また、ケーブル本体３ａに高周波電流を供給すると、高周波電流が該ケーブル本体３ａの導体１０の表面に表皮電流として流れることになるが、従来の網導線のように互いに接触状態の銅線を使用した場合、網銅線が１本の導体となってその外周面が表面となって表皮電流が流れることになる。しかし、前記出力ケーブル３の場合は、各導体１０が多数本の裸銅線１２が内部絶縁体１３で被覆された状態で裸銅線１２が多数本並列状態とされているため、多数本の裸銅線の外周面、すなわち導体１０の外周面に表皮電流がそれぞれ流れることになり、この導体１０が複数本並列接続状態とされていることから、ケーブル本体３ａの電流容量を大きくすることができる。

また、ケーブル本体３ａの往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂを形成する各導体１０が隣接状態で外部絶縁体１１内に嵌挿配置されているため、従来の往路側と復路側の一対の網銅線の間隔に対して、往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂ間及び各導体１０間の間隔を狭めることができて、ケーブル本体３ａの往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂ間等のインピーダンス（インダクタンス等）を小さくすることができる。これらのことから、出力ケーブル３に高周波電流が流れる際の電流伝達ロスを低減できて、出力ケーブル３の電流効率を高め、例えば所定の出力に対して出力ケーブル３自体を従来に比較して細く形成できる等、出力ケーブル３のコストダウンを図ること等が可能になる。

さらにまた、出力ケーブル３が、導体１０と外部絶縁体１１からなるケーブル本体３ａと絶縁チューブ３ｂで構成されて、出力ケーブル３自体を冷却水で冷却する必要がなくなり、加熱コイル５のみの冷却で対応できるため、冷却水供給装置６の小型化が図れると共に、従来行われていた高周波電流が流れる網導線（導体）を冷却水チューブ内に嵌挿する場合に生じ易い、冷却水による導体１０の変色や腐食による劣化がなくなり、ケーブル本体３ａの寿命を延ばすことができる等、コスト的に有利な出力ケーブル３を得ることができる。

図５は、前記出力ケーブル３の変形例を示している。以下、前記実施形態と同一部位には、同一符号を付して説明する。図５（ａ）に示す出力ケーブル３は、前記ケーブル本体３ａを２本とし、これらを束ねた状態で外周絶縁体１８で被覆したものである。この例の出力ケーブル３は、各ケーブル本体３ａに複数本（図では３本）の導体１０からなる往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂをぞれぞれ形成し、各ケーブル本体３ａの往路側導体１０Ａと復路側導体１０Ｂの端末部を前記実施形態と同様に圧着端子１４等で固着して合計６本の導体１０で往路側導体１０Ａや復路側導体１０Ｂが形成されている。

また、図５（ｂ）に示す出力ケーブル３は、図５（ａ）におけるケーブル本体３ａを増やして４本にすると共に、各ケーブル本体３ａに４本の導体１０を設けたものである。そして、各ケーブル本体３ａの２本（合計８本）の導体１０を往路側導体１０Ａとし、他の２本（合計８本）の導体１０を復路側導体１０Ｂとして使用する。このように、ケーブル本体３ａ自体の本数や各ケーブル本体３ａの導体１０の本数も、隣接する導体１０が全て同一路側導体とならないような適宜の構成を採用することができる。

なお、図５に示す各変形例において、外周絶縁体１８も前記外部絶縁体１１と同様に、シリコンで形成することが好ましい。これらの変形例においても、隣接する導体１０に流れる高周波電流の向きが逆となり、各導体１０から発生する磁束が打ち消されて出力ケーブル３による誘導加熱現象を抑制することが可能になる。また、これらの各変形例においては、導体１０の本数を増やすことができるため、ケーブル本体３ａにおける導体１０の表面積が大きくなって高周波の表皮電流の増大化が図れ、各種出力容量の加熱装置に適用することができる。

なお、前記実施形態における、出力ケーブル３内の各導体１０の嵌挿構造、出力変成器４の形態等は一例であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜の構成を採用することができる。

本発明は、高周波の誘導加熱によってワークを加熱する加熱装置に限らず、高周波の誘電加熱によってワークを加熱する加熱装置等の出力ケーブルにも適用できる。

１・・・高周波加熱装置、２・・・高周波電源、３・・・出力ケーブル、３ａ・・・ケーブル本体、３ｂ・・・絶縁チューブ、４・・・出力変成器、４ａ・・・外周ケース、４ｂ・・・取手、５・・・加熱コイル、６・・・冷却水供給装置、７・・・冷却ホース、８・・・手操作ボックス、１０・・・導体、１０Ａ・・・往路側導体、１０Ｂ・・・復路側導体、１１・・・外部絶縁体、１２・・・裸銅線（導線）、１３・・・内部絶縁体、１４・・・圧着端子、１５・・・絶縁スリーブ、１６・・・熱収縮性絶縁体、１７・・・インシュロック、１８・・・外周絶縁体。

Claims

往路側導体と復路側導体からなるケーブル本体を有して、高周波電源の出力端子に接続され、その先端に出力変成器を介して加熱コイルが接続される高周波加熱用の出力ケーブルであって、
前記ケーブル本体は、多数本の裸銅線が束ねられてその外周部が内部絶縁体でそれぞれ被覆された複数本の導体と、前記導体の端末部が捻られた状態とされてその先端に圧着固定された圧着端子と、前記導体の端末部以外が捻られることなく束ねられて内部に嵌挿配置された外部絶縁体とを有し、前記複数本の導体のうち、隣接する導体の一方が前記往路側導体として使用可能で他方が復路側導体として使用可能に構成されていることを特徴とする高周波加熱用の出力ケーブル。
前記複数本の各導体は、該導体に隣接する全ての導体が同一路側導体とならないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱用の出力ケーブル。
前記内部絶縁体及びまたは外部絶縁体がシリコンで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波加熱用の出力ケーブル。