JP6037797B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、金属部品や鋳鍛造用の金型等を誘導加熱により加熱するための誘導加熱装置に関する。

金属部品の、表面の改質や熱歪の除去のための加熱および鋳鍛造用金型の予熱のための加熱は、一般に、これらの被加熱物をガス燃焼炉に入れて行なわれている。しかし、このようなガス燃焼炉による加熱は、高温空気の流れが均一でなく、金型等の金属部品の全体を均一に加熱することが困難であること、加熱時間が長いことおよび加熱効率が悪いこと等の問題がある。

これに対して、特許文献１および２に示されるように、鋳鍛造用金型のような金属部品の周囲にこれを取り囲む誘導加熱コイルを配置し、この誘導加熱コイルに高周波電流を通電して金属部品を誘導加熱するようにすれば、金型等の金属部品の全体を均一な温度に加熱することができるとともに、効率よく加熱することができるので、このような問題を解決することができる。

このような金型等の金属部品を加熱に使用する誘導加熱装置においては図６に示すように、円筒状に巻回したコイル導体１１を耐熱セメント製の円筒状の支持体１２に埋め込んで構成した誘導加熱コイルが従来から使用されている。なお、１３，１４はコイル導体を高周波電源に接続するための接続端子である。この装置によれば、誘導加熱コイル１０の中空の空所内に金型などの金属部品を入れて、誘導加熱するので、金属部品の全体を短時間で、均一に加熱することができる。しかしながら、この構造では、コイル導体１１を耐熱セメントで構成した支持体１２で保持するので、重量が重くなり、取扱いが不便となる。

特開平０５-０７６９７８号公報 特開２００２-３６１３５３号公報

この発明の課題は、前記の従来装置における問題を解決するために、誘導加熱コイルの支持構造を改良して、誘導加熱コイルの重量が軽量で、取扱いが容易であり、かつ、周囲への漏れ磁束を低減することのできる誘導加熱装置を提供することにある

前記の課題を解決するため、この発明は、筒状にコイル導体を巻回して構成された誘導加熱コイルと、耐熱性の絶縁材で形成された複数の棒状の支持部材を、周上に等間隔で長さ方向を垂直にして配置して構成したコイル支持部とを備え、前記誘導加熱コイルを前記コイル支持部により支持するとともに、前記誘導加熱コイルの内側において前記コイル支持部の各支持部材間に、耐熱繊維材で形成された柔軟性を有する袋体に細粒状の無機断熱材を詰め込んで変形の自由な構成にした耐熱性断熱材を挟み込んで断熱部を形成したことを特徴とする。

この発明においては、コイル支持部の各持部材の内外方向の幅を１つ置きに内側へ広くし、この幅を広くした支持部材の間に前記耐熱断熱材を挟み込んで断熱部を形成することができる。

また、この発明においては、前記誘導加熱コイルの外側に前記コイル支持部の各支持部材間に磁気遮蔽板を挟み込んで磁気遮蔽部を形成することができ、前記磁気遮蔽板は、タイル状の小片の磁気遮蔽板を互いに間隔を置いて１列に配列し、各列の配列を互い違いとして全体が千鳥格子状の配列となるようにすることができる。

さらに、前記誘導加熱コイルは、誘導加熱コイル内の磁束部分布を均一化するために、コイル導体の間隔が誘導加熱コイルの上下両端部において狭くなるように巻回すのがよい。

さらにまた、前記誘導加熱コイルの内側に配置される被加熱物である金属部品が複数に分割された構造の場合、前記複数の金属部品はそれぞれ隙間を設けて配置するのがよい。

この発明によれば、耐熱性の絶縁材で形成された複数の棒状の支持部材により誘導加熱コイルを支持して、誘導加熱コイルの内側に断熱部を形成するので、誘導加熱装置の重量が軽量となり取扱いが容易となるとともに、誘導加熱コイルの外周側で前記支持部材間に磁気遮蔽板を挟み込んで磁気遮蔽部を形成することにより、周囲への漏れ磁束を低減することができる。

この発明の実施例による誘導加熱装置の平面図。 同正面図。 図１におけるIII‐III線に沿う縦断面図。 図１におけるIV−IV線に沿う縦断面図。 図３におけるV−V線に沿う横断面図。 従来の誘導加熱装置の誘導加熱コイルの断面を含む斜視図。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１〜図５にこの発明の実施例による誘導加熱装置の各部の構成を示す。

これらの図において、１０は誘導加熱コイルであり、リッツ線等のコイル導体１１を円筒状に水平または螺旋状に巻回して構成している。円筒状に巻回されたコイル導体１１は、例えばエンジニアリングプラスチック等の強度に優れ、非磁性の耐熱性絶縁材で形成した平角棒状の複数のコイル支持部材１６ａ、１６ｂにより支持される。各支持部材１６ａ、１６ｂは、誘導加熱コイル１０と同心の円周上に等間隔で長さ（高さ）方向を垂直（縦）にして配置してコイル支持部１６を構成する。円周上に配置された複数の支持部材には、半径方向の幅ＷをＷａとした幅の広い支持部材１６ａと、幅ＷをＷｂとした幅の狭い支持部材１６ｂとがあり、これらの幅の広い支持部材１６ａと幅の狭い支持部材１６ｂとが、交互に配置され、全ての支持部材の外周端の位置が同一円周上にそろえられる（図１、図５参照）。

また、各支持部材１６ａ、１６ｂの内周端側には、複数のコイル導体１１を保持するための複数の保持溝１６ｃ、１６ｄが設けられている。コイル導体１１の支持位置が同じになるように、幅の広い支持部材１６ａの保持溝１６ｃは、内周端面から深く形成され、幅の狭い支持部材１６ｂの保持持溝１６ｄ内周端面から浅く形成される。コイル導体１１は、これらの保持溝１６ｃ、１６ｄの最奥の周壁に接する位置まで押しんで保持される。このように支持部材１６ａ，１６ｂの保持溝１６ｃ、１６ｄにコイル導体１１を挿入することによって支持された誘導加熱コイル１０は、コイル導体１１の間隔が、高さ方向の上下端部で狭く、中間部で広くなるように巻回されている（図４参照）。

ここで、コイル導体１１を螺旋状に巻回すると各支持部材１６ａ、１６ｂの保持溝１６ｃ、１６ｄはコイル導体１１に合わせて高さ（垂直）方向に間隔を変えて設けられるが、コイル導体１１を水平巻回することにより、各支持部材１６ａ、１６ｂはそれぞれ保持溝１６ｃ、１６ｄの高さ位置が同一寸法（同一高さ）となり、支持部材１６ａ、１６ｂの加工コストを低減することができる。

コイル導体１１を支持する複数の支持部材１６ａ、１６ｂは、上端と下端をこの支持部材と同様の非磁性の耐熱性絶縁材で形成された円環状の端板１７ａ，１７ｂに嵌合結合して、相互に連結され、一体化される（図４参照）。

さらに、誘導加熱コイル１０の外周側には、各支持部材１６ａ，１６ｂの間に、例えばフェライトによりタイル状の小片に刑された複数の磁気遮蔽板１８を所定の間隔で嵌装し、接着剤等で接着することにより支持部材１６ａ、１６ｂにより支持される。各列の磁気遮蔽板１８は、隣接する列の磁気遮蔽板１８と互い違いに配列され、全体としては、図２に示すように千鳥格子状の配列となる。なお、図２においては、空所と磁気遮蔽板１８との区別を明瞭にするため、磁気遮蔽板１８には、断面を示ものではないが、ハッチングを付している。

磁気遮蔽板１８は、このように誘導加熱コイル１０の外周に千鳥格子状に配置されるので、図２示すように上下端部で、磁気遮蔽板１８の欠けている部分が生じる。このように誘導加熱コイル１０の上下端部において磁気遮蔽板１８の欠けた部分の上の上、下端板１７ａ、１７ｂ上には、フェライト等で形成された磁気遮蔽板１９を配設する。これにより誘導加熱コイル１０の上下端部における磁束の分布をより均一化するとともに、磁束の外部への漏洩を低減することができる。また、コイル導体１１を水平巻回すれば、コイルの上下端の損失を低減できる。

誘導加熱コイル１０の内周側には、各幅の広い支持部材１６ａの間にそれぞれ、耐熱性の例えばガラス繊維等の繊維材で形成した柔軟性を有する袋体の中に、細粒状の無機断熱材を充填して構成した比較的変形の自由な非磁性の断熱部材２１を挟み込んで固定することにより断熱壁を形成する。これにより、誘導加熱コイル１０の内部が断熱された加熱処理空間２０となる（図５参照）。断熱部材２１を断熱性の繊維材製の袋体に細粒状の無機断熱材を充填して構成するようにすると、断熱部材２１の変形の自由度が高められるため、コイル支持部材間に挟み込む作業が容易となる。

このように構成されたこの発明の誘導加熱コイル１０を備えた誘導加熱装置においては、誘導加熱コイル１０内の加熱処理空間２０内に被加熱物である鋳鍛造用金型等の金属部品を挿入、配置し、接続端子１３、１４を高周波電源に接続して、誘導加熱コイル１０に高周波電流を供給することにより、加熱処理空間２０内の金属部品に誘導電流を流して加熱することができる。

金属部品は誘導電流で加熱されるため、全体を均一に、かつ効率よく加熱することができる。そして、加熱処理空間２０は、外周が、断熱部材２１と支持部材１６により断熱されているため、この空間からの外部への放熱を抑えることができるので、熱効率を高めることができる。

ここで、誘導加熱コイル１０内の加熱処理空間２０内にセットされる被加熱物である金型等の金属部品が複数に分割された構造（例えば２つ割構造）で構成される場合には、２つの金属部品をわずかに離して配置するようにする。このように２つの金属部品間に隙間を設けることにより、それぞれの金属部品に誘導電流が流れ、２つの金属部品の全体を均一な温度に加熱することができる。なお、２つの金属部品を接触させて配置した場合には、接触している部分に誘導電流が集中し、スパークして溶着する等のトラブルが発生する可能性がある。

また、この発明の誘導加熱コイル１０は、耐火セメントで包み込まれることなく、複数の耐熱絶縁材により形成した支持部材１６により支持され、内周側の各支持部材間には、それぞれ無機断熱材を耐熱繊維材で構成した柔軟な袋体に詰めて構成した断熱部材を嵌装し、外周側は各支持部材間にはタイル状の磁気遮蔽板を嵌装して構成され、コイル支持部材が誘導加熱コイルの支持だけでなく、断熱部、磁気遮蔽部の支持を兼ね合わせるので、誘導加熱装置を小形、軽量に構成することができる。このため、耐火セメントで誘導加熱コイルを包み込んで構成した従来の誘導加熱装置に比して重量を大幅に軽減でき、取扱いが容易となる。

さらに、誘導加熱コイル１０から外部へ漏洩する磁束は、外周部に配置した磁気遮蔽板１８，１９によって吸収され、外部への漏洩磁束を低減することができる。この磁気遮蔽板１８は千鳥格子状に配置されているので、誘導加熱コイル１０の外周には多くの空所が形成され誘導加熱コイル１０を形成するコイル導体１１が直接外気に触れて冷却されるので、誘導加熱コイルの冷却効果が高められ、誘導加熱コルの容量を増大することができる。

前記のこの発明の実施例においては、コイル導体を支持する平角棒状のコイル支持部材１６ａ、１６ｂの内周面側にコイル導体を支持する支持溝１６ｃ、１６ｄ設けているが、これは外周面に設け、コイル導体１１を内周側から支持することもできる。

また、上記実施例では、誘導加熱コイル１０は、円筒状に巻回されたコイル導体１１を例にして説明したが、四角筒状等の多角形の筒状に巻回されたコイル導体により誘導加熱コイル１０を構成するようにしてもよい。

１０：誘導加熱コイル
１１：コイル導体
１３、１４：接続端子
１６（１６ａ、１６ｂ）：コイル支持部材
１８、１９：磁気遮蔽板
２０：加熱処理空間
２１：断熱部材

Claims (6)

1. 筒状にコイル導体を巻回して構成された誘導加熱コイルと、耐熱性の絶縁材で形成された複数の棒状の支持部材を、周上に等間隔で長さ方向を垂直にして配置して構成したコイル支持部とを備え、前記誘導加熱コイルを前記コイル支持部により支持するとともに、前記誘導加熱コイルの内側において前記コイル支持部の各支持部材間に、耐熱繊維材で形成された柔軟性を有する袋体に細粒状の無機断熱材を詰め込んで変形の自由な構成にした耐熱性断熱材を挟み込んで断熱部を形成したことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記コイル支持部の各持部材の内外方向の幅を１つ置きに内側へ広くし、この幅を広くした支持部材の間に前記耐熱断熱材を挟み込んで断熱部を形成することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記誘導加熱コイルの外側に前記コイル支持部の各支持部材間に磁気遮蔽板を挟み込んで磁気遮蔽部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記磁気遮蔽板としてタイル状の小片の磁気遮蔽板を用い、この小片の磁気遮蔽板を、前記コイル支持部の各支持部材の間に間隔を置いて１列に配置し、各列の磁気遮蔽板を互い違いに配列して全体を千鳥格子状に配列したことを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱装置。
5. 前記コイル支持部によって支持されたコイル導体の間隔が誘導加熱コイルの上下端部において狭くなり、中間部において広くなるようにコイル導体を巻回したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 前記誘導加熱コイルの内周側に配置される被加熱物である金属部品が複数に分割された構造の場合、前記複数の金属部品はそれぞれ隙間を設けて配置することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
   

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