JP6405012B2 - 誘導加熱コイル - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱コイルに関する。

たとえば、シャフトなどの金属製機械部品に高周波加熱による熱処理を施すために、誘導加熱コイルが用いられる場合がある（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の誘導加熱コイルは、被処理物としてのシャフトを取り囲むことが可能な円環状のコイル部を有している。そして、このコイル部には、誘導加熱を発生させるための大電流が供給される。この大電流は、たとえば、コイル部にろう付けされた金属部材（電力供給部）を介してコイル部に供給される。また、コイル部は、高温になるため冷却される。この冷却のために、電力供給部の内部、および、コイル部の内部に冷却水通路が設けられる。

冷却水は、電力供給部の内部を通ってコイル部の内部に到達し、コイル部を冷却する。コイル部内を通過した冷却水は、電力供給部の内部を通って戻される。

特開２０１３−１３６８１９号公報

コイル部は、全体として、薄い円筒状に形成されており、且つ、当該円筒状の部分の内部は、冷却水用の空洞となっている。このように、コイル部は、複雑な内部形状を有しており、単一部品で作ることは、困難である。したがって、コイル部は、複数の部品をろう付けすることなどにより、空洞を有する形状に形成される。そして、このコイル部は、電力供給部の冷却水路の周囲の部分に突き合わされた状態で、ろう付けされる。これにより、コイル部は、電力供給部に固定される。

しかしながら、ろう付け作業を精度よく行うためには、熟練した技能が必要であり、コイル部を構成する複数の部材同士のろう付け、および、コイル部と電力供給部とのろう付けの精度のばらつきは、大きくなる傾向にある。したがって、ろう付けの精度は、ろう付けを行う作業者の技能に大きく影響される。その結果、誘導加熱コイル毎のろう付けの精度を一定にすることが難しく、誘導加熱コイルを均一の寸法で大量生産することが困難である。

しかも、コイル部を構成する複数の部材同士のろう付け、および、コイル部と電力供給部とのろう付けの際には、ろう付けの温度が高いため、コイル部を構成する複数の部材間で熱歪みが生じることと、コイル部および電力供給部間に熱歪みが生じることは、避けられない。このため、このような熱歪みを抑制するために、コイル部および電力供給部のろう付け時に専用の治具が必要となる。この治具の設計についても、コイル部と電力供給部の熱歪みを抑制するための高度な勘と経験が要求される。

さらに、コイル部および電力供給部をろう付けするさいに、上記の治具をセットするための時間がかかる上、治具を用意する手間もかかり、誘導加熱コイルの生産効率は、低くなってしまう。その上、ろう付け工程、および、誘導加熱コイルの機械加工工程の自由度が低い。このため、被処理物の最適な熱処理を達成するための、誘導加熱コイルの形状の設定の自由度が低くなってしまう。さらに、ろう付け部分は、コイル部の他の部分よりも電気抵抗率が大きいため発熱し易く、膨張量・収縮量が大きく、疲労破壊し易い。このため、ろう付け部分の寿命（破壊の発生）が誘導加熱コイルの寿命となる。このため、ろう付け箇所の設計に、一層、勘および経験が要求される。

上記事情に鑑みることにより、本発明の目的の一つは、誘導加熱コイルを、より長寿命にすることである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる誘導加熱コイルは、被処理物を誘導加熱するためのコイル部と、前記コイル部に電力を供給するための電力供給部と、前記コイル部に冷媒を供給するための冷媒通路と、を備え、前記コイル部は、有端環状に形成されて一端部および他端部を有しており、前記冷媒通路は、前記電力供給部内に形成された電力供給部側通路と、前記コイル部内に形成されたコイル部側通路と、を含み、前記コイル部側通路は、前記電力供給部側通路に接続される入口と、前記コイル部の周方向に沿って延びる外周側面および内周側面と、を含み、前記内周側面の一端部および前記外周側面の一端部が前記入口に接続されており、前記内周側面の前記一端部が、前記入口から遠ざかるに従い前記外周側面の前記一端部から離隔するように延びる形状を有しており、且つ、前記コイル部の前記他端部に向けて凸となる湾曲状に形成されていることにより、前記コイル部側通路は、前記冷媒の進行方向に進むに従い、前記入口の周囲で前記冷媒の進行方向と直交する断面での断面積が一旦拡がり、その後、当該断面積が縮小する形状に形成されている。

通常、電力供給部とコイル部との接続部では、形状の変化が大きく、局所的に熱応力が高くなり易い。このような接続部（入口）の周辺において、冷媒通路の形状が、連続的に変化する形状となっている。これにより、上記入口付近での熱応力の偏りを抑制できる。よって、誘導加熱コイルをより長寿命にすることができる。

（２）好ましくは、前記外周側面の前記一端部は、前記入口側に向けて湾曲する曲面を構成しており、前記外周側面の中間部の曲率中心は、前記コイル部の中心軸線であり、前記外周側面の前記一端部の曲率中心は、前記入口の周囲において、前記コイル部の径方向における前記誘導加熱コイルの外部に位置している。

（３）好ましくは、前記コイル部側通路は、前記電力供給部側通路に接続される出口を含み、前記入口と前記出口との間に前記外周側面および前記内周側面が延びており、前記内周側面の他端部および前記外周側面の他端部が前記出口に接続されており、前記内周側面の前記他端部が、前記出口から遠ざかるに従い前記外周側面の前記他端部から離隔するように延びる形状を有しており、且つ、前記コイル部の前記一端部に向けて凸となる湾曲状に形成されていることにより、前記コイル部側通路は、前記冷媒の進行方向に進むに従い、前記出口の周囲で前記冷媒の進行方向と直交する断面での断面積が一旦拡がり、その後、当該断面積が縮小する形状に形成されている場合がある。

（４）好ましくは、前記外周側面の前記他端部は、前記出口側に向けて湾曲する曲面を構成しており、前記外周側面の前記他端部の曲率中心は、前記出口の周囲において、前記コイル部の径方向における前記誘導加熱コイルの外部に位置している。
（５）好ましくは、前記コイル部、前記電力供給部、および、前記冷媒通路は、金属積層造形法を用いて形成されている。

（６）好ましくは、前記金属積層造形法による前記誘導加熱コイルの形成時には、前記誘導加熱コイルの所定の部分を支持するサポート部が形成されるように構成され、前記誘導加熱コイルは、前記サポート部を切除した後としての切除後部を有している。

この構成によると、サポート部は、たとえば、電力供給部から突出する所定部としての突出部としてのコイル部が、金属積層造形法による造形最中において、金属粉末層に対して自重で沈むなどの位置ずれを生じることを抑制するために用いることができる。これにより、誘導加熱コイルの寸法精度を、より高くできる。このようなサポート部を用いて形成された誘導加熱コイルは、切除後部を有することとなる。

（７）より好ましくは、前記コイル部は、前記電力供給部の厚みよりも小さい厚みを有し前記電力供給部から突出する形状に形成されており、前記サポート部は、前記金属積層造形法による前記誘導加熱コイルの形成時に、前記所定の部分としての前記コイル部を支持するように形成されている。

この構成によると厚みの薄いコイル部を有する誘導加熱コイルを、より精度よく形成できる。

（８）好ましくは、前記冷媒通路は、前記コイル部によって誘導加熱された前記被処理物を冷却するための被処理物用冷媒が通過する第２冷媒通路であり、前記コイル部を冷却するための冷媒が通過する第１冷媒通路をさらに備え、前記第１冷媒通路は、前記コイル部に形成されたコイル部側第１通路を含み、前記コイル部側第１通路は、起伏部を有し、前記起伏部は、前記コイル部の周方向に沿って進むに従い、前記コイル部の厚み方向に起伏するように延びている。

この構成によると、起伏部が設けられていることにより、コイル部と冷媒との接触面積をより多く確保できる。よって、コイル部で生じた熱を、より効率よく冷媒で吸収できるので、コイル部の過熱による熱応力の偏りが生じることを、より確実に抑制できる。

（９）好ましくは、前記冷媒通路は、前記コイル部によって誘導加熱された前記被処理物を冷却するための被処理物用冷媒が通過する第２冷媒通路であり、前記第２冷媒通路に接続された噴射ノズルをさらに備え、前記噴射ノズルは、前記コイル部が前記被処理物の熱処理時に前記被処理物と対向する部分に向けて開放されており、前記被処理物用冷媒を前記被処理物へ噴射可能である。

この構成によると、コイル部による誘導加熱によって加熱された被処理物を、被処理物用冷媒によって冷却することができる。

（１０）好ましくは、前記コイル部、前記電力供給部、および、前記冷媒通路は、単一の部材を用いて一体に形成されている。

この構成によると、コイル部自体と、電力供給部とコイル部との間のいずれにもろう付け部分が設けられる必要は無い。このため、ろう付け作業に起因する電力供給部と加熱コイル部との間の熱歪みは、生じない。したがって、このような熱歪みを抑制するための専用の治具が不要であり、誘導加熱コイルをより容易に製造できる。さらに、ろう付け用の、上記の治具をセットするための作業が不要であるので、誘導加熱コイルの生産効率を、より高くできる。さらに、電気抵抗的に不連続な部分となるろう付け部分が不要であるため、コイル部内および電力供給部とコイル部との接続部における熱応力の偏りを少なくできる。よって、誘導加熱コイルの寿命をより高くできる。

よって、本発明によると、誘導加熱コイルを、より長寿命となるように製造できる。

本発明によると、誘導加熱コイルを、より長寿命となるように製造できる。

本発明の第１実施形態に係る誘導加熱コイルの斜視図である。 誘導加熱コイルの側面図である。 誘導加熱コイルの平面図である。 誘導加熱コイルのコイル部の周辺を平面視した状態での断面図である。 コイル部の周辺を側面視した状態での断面図である。 誘導加熱コイルのコイル部の周辺を拡大した斜視図である。 誘導加熱コイルを製造するための製造システムの模式図である。 誘導加熱コイルの製造工程の一例について説明するためのフローチャートである。 積層造形工程の一例について説明するためのフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）それぞれ、積層造形工程について説明するための主要部の模式的な側面図であり、一部を断面で示している。 （ａ）第１実施形態に係る誘導加熱コイルの各部の電気抵抗率を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は、比較例に係る誘導加熱コイルの各部の電気抵抗率を模式的に示すグラフである。 第１実施形態の変形例について説明するための主要部の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る誘導加熱コイルの斜視図である。 図１３のコイル部を拡大して示す斜視図である。 コイル部の側面図である。 コイル部の平面図である。 更なる変形例について説明するための主要部の平面図である。 更なる変形例に係る電力供給部およびコイル部の製造工程（横置きタイプ）の主要部を説明するための図であり、（ａ）は、サポート部が切除される前の状態を示し、（ｂ）は、サポート部が切除された後の状態を示している。 更なる変形例に係る電力供給部およびコイル部の製造工程（縦置きタイプ）の主要部を説明するための図であり、（ａ）は、サポート部が切除される前の状態を示し、（ｂ）は、サポート部が切除された後の状態を示している。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る誘導加熱コイル１の斜視図である。図２は、誘導加熱コイル１の側面図である。図３は、誘導加熱コイル１の平面図である。図４は、誘導加熱コイル１のコイル部３の周辺を平面視した状態での断面図である。図５は、コイル部３の周辺を側面視した状態での断面図である。図６は、誘導加熱コイル１のコイル部３の周辺を拡大した斜視図である。

なお、以下では、誘導加熱コイル１の正面と向かい合った状態で当該誘導加熱コイル１を見た場合における、上下、前後および左右を、それぞれ、上下、前後および左右という。

図１〜図３を参照して、誘導加熱コイル１は、シャフトなどの金属製の軸である被処理物１００に焼入処理などの熱処理を行うために用いられる。被処理物１００として、自動車のステアリングシャフトのインターミディエートシャフト、および、歯車を例示することができる。誘導加熱コイル１は、商用電源などから与えられる電力によって、被処理物１００を誘導加熱し、当該被処理物１００を熱処理する。

誘導加熱コイル１に与えられる電力の電流値は、たとえば、数千アンペアであり、極めて大きい。このため、誘導加熱コイル１に電気抵抗率の不連続な箇所があると、その部分での熱による膨張・収縮による疲労破壊が生じ易い傾向にある。そこで、本実施形態では、このような疲労破壊を生じにくい誘導加熱コイル１が採用されている。

誘導加熱コイル１は、導電性および熱伝導性に優れる材料を用いて形成されている。このような材料として、純銅、および、無酸素銅を例示することができる。本実施形態では、誘導加熱コイル１は、金属積層造形法を用いて形成されている。すなわち、誘導加熱コイル１は、予め別個に形成された複数の金属部材をろう付けなどによって一体に組み合わされた構成ではない。誘導加熱コイル１の製造方法については、後で詳細に説明する。

誘導加熱コイル１は、全体として、前後に細長い形状に形成されており、側面視において略Ｌ字状に形成されており、平面視において、略Ｔ字状に形成されている。また、誘導加熱コイル１は、左右対称な形状に形成されている。

誘導加熱コイル１は、電力供給部２と、コイル部３と、絶縁体４と、冷却水路５と、を有している。本実施形態では、電力供給部２、コイル部３、および、冷却水路５は、単一の部材を用いて一体に形成されている。

電力供給部２は、図示しない電源からの電力をコイル部３に供給するとともに、コイル部３を冷却するための冷却水をコイル部３に循環させるために設けられている。

電力供給部２は、第１分割体６Ｒと、第２分割体６Ｌと、を有している。

第１分割体６Ｒ、および、第２分割体６Ｌは、左右対称な形状に形成されている。分割体６Ｒ，６Ｌは、それぞれ、後壁７と、本体８と、リブ９とを有している。

後壁７，７は、平板状に形成された部分であり、前後方向を向いている。各後壁７，７には、ポート１０，１０が設けられている。ポート１０，１０は、円筒状に形成されている。ポート１０，１０のうちの一方は、冷却水入口として設けられ、他方は、冷却水出口として設けられている。後壁７，７から、本体８，８が前方に延びている。

本体８，８は、側面視において略Ｌ字状に形成された部分であり、前後に細長く延びている。本体８，８は絶縁体４を挟んで左右に隣接している。本体８，８は、縦壁部１１，１１と、下壁部１２，１２とを有している。

縦壁部１１，１１は、それぞれ、四角柱状に形成されている。縦壁部１１，１１は、対応する後壁７，７の前面に連続しており、対応する後壁７，７の下端側に位置している。縦壁部１１，１１から、対応する下壁部１２，１２がそれぞれ前方に延びている。

下壁部１２，１２は、それぞれ、扁平な板状に形成されており、前後に細長い矩形の板状に形成されている。下壁部１２，１２の厚み方向は、上下方向である。下壁部１２，１２から、対応するリブ９，９が上方に延びている。

リブ９，９は、本体８，８を補強するように形成された板状部分であり、対応する縦壁部１１，１１および下壁部１２，１２の双方に結合している。リブ９，９の厚み方向は、左右方向である。リブ９，９の間に、絶縁体４が挟まれている。

絶縁体４は、本体８，８同士が直接接触することを防止する部分として設けられている。絶縁体４は、本体８，８間に配置されたシート状の部分であり、本体８，８に固定されている。分割体６Ｒ，６Ｌの一方からの電流は、コイル部３を介して、分割体６Ｒ，６Ｌの他方に流れる。

コイル部３は、被処理物１００を取り囲んだ状態で当該被処理物１００に誘導加熱を生じさせる部分として設けられている。コイル部３は、全体として、略円筒状に形成されている。コイル部３は、本体８，８の下壁部１２，１２の先端部に連続している。コイル部３は、電力供給部２の厚み（上下方向の長さ）よりも小さい厚みを有しており、また、電力供給部２から前方に突出する形状に形成されている。

本実施形態では、誘導加熱コイル１のうち絶縁体４を除く全体が積層造形法で形成されている。これにより、コイル部３と電力供給部２との接続部１３は、熱応力の集中度合いが低減された形状を有している。すなわち、本実施形態では、誘導加熱コイル１のコイル部３、電力供給部２、および、冷却水路５は、金属積層造形法を用いて形成されている。金属積層造形法とは、たとえば、金属粉末を層状に敷く作業と、この層状の金属粉末の各位置に選択的に溶融する作業とを繰返すことで、所望の形状の金属製品を焼結作成する方法をいう。

コイル部３は、有端の環状に形成されており、一端部３ａと他端部３ｂとを有している。一端部３ａは、第１分割体６Ｒの下壁部１２の先端に連続している。他端部３ｂは、第２分割体６Ｌの下壁部１２の先端に連続している。

コイル部３の外周面３ｃは、有端の円筒状に形成されている。コイル部３の内周面３ｄは、外周面３ｃと平行な円筒状面３ｅと、円筒状面３ｅからコイル部３の上端面３ｇに向けて延びるテーパ状面３ｆとを有している。円筒状面３ｅは、有端の円筒状に形成されており、外周面３ｃとは同軸に配置されている。円筒状面３ｅの下端は、コイル部３の下端面３ｈに連続している。

テーパ状面３ｆは、円筒状面３ｅからコイル部３の上端面３ｇに進むに従い直径が大きくなる円錐テーパ状に形成されている。コイル部３の上端面３ｇおよび下端面３ｈは、それぞれ、平坦な面に形成されており、互いに平行に延びている。また、上端面３ｇおよび下端面３ｈは、それぞれ、コイル部３の中心軸線Ｓ１とは直交する向きに延びている。

本実施形態では、コイル部３の上端面３ｇと、下壁部１２，１２の上端面１２ａ，１２ａとは、同一平面上に（面一に）配置されている。また、コイル部３の下端面３ｈと、下壁部１２，１２の下端面１２ｂ，１２ｂとは、同一平面上に（面一に）配置されている。また、下壁部１２，１２の先端部は、平面視において、コイル部３の外周面３ｃの円筒形状に対応する円弧状に形成されている。

なお、本実施形態では、下壁部１２，１２の先端部とコイル部３との接続部１３，１３は、滑らかな連続した湾曲形状ではなく、不連続状の段差形状となっている。しかしながら、本実施形態では、誘導加熱コイル１は、金属積層造形法によって形成されており、高温時の熱応力による熱歪みの偏りが少なくされている。よって、分割体６Ｒ，６Ｌの下壁部１２，１２とコイル部３との接続部１３，１３における、熱応力に起因する強度低下は、十分に抑制されている。

コイル部３の上端面３ｇには、切除後部１４が形成されている。切除後部１４は、金属積層造形法による誘導加熱コイル１の形成時に所定の部分としてのコイル部３を支持するサポート部５０（後述）が連結されていた部分である。切除後部１４は、このサポート部５０を切除した後の痕跡部分である。切除後部１４は、たとえば、コイル部３の上端面３ｇの全面に形成されている。上記の構成を有する電力供給部２およびコイル部３には、冷却水路５が形成されている。

冷却水路５は、本発明の「冷媒通路」の一例である。冷却水路５は、コイル部３を冷却する冷媒としての冷却水が通過する部分として設けられている。本実施形態では、冷却水は、電力供給部２から誘導加熱コイル１内に進入し、コイル部３を通った後、電力供給部２に戻され、電力供給部２から誘導加熱コイル１の外部に排出される。冷却水路５は、電力供給部２およびコイル部３内に配置されている。

冷却水路５は、電力供給部側水路１５と、コイル部側水路１６と、を有している。

電力供給部側水路１５は、電力供給部２内に形成された水路であり、コイル部側水路１６への冷却水の供給、および、コイル部側水路１６からの冷却水の排出を行う。電力供給部側水路１５は、本発明の「電力供給部側水路」の一例である。

電力供給部側水路１５は、第１分割体６Ｒに形成された第１水路２１Ｒと、第２分割体６Ｌに形成された第２水路２１Ｌと、を有している。

第１水路２１Ｒは、コイル部側水路１６への冷却水供給路として設けられている。第１水路２１Ｒは、第１分割体６Ｒに設けられたポート１０に開放されており、第１分割体６Ｒの後壁７内において、正面視でＬ字状に形成されている。第１水路２１Ｒのうち、第１分割体６Ｒの後壁７内において左右に延びる部分２１ａＲを機械加工によって形成するためには、通常、当該部分２１ａＲと連続し後壁７の右端面に開放される加工用孔部を形成する必要がある。そして、この加工用孔部を塞ぐ金属プラグを設ける必要がある。しかしながら、本実施形態では、誘導加熱コイル１は、積層造形法によって形成されるので、このような金属プラグは不要である。

第１水路２１Ｒは、第１分割体６Ｒにおいて、後壁７から本体８の縦壁部１１に進むように延び、縦壁部１１から下壁部１２に延びている。第１水路２１Ｒは、下壁部１２内において、前後方向に沿って直線状に延びている。第１水路２１Ｒは、下壁部１２内において、前後方向と直交する断面形状（正面視における形状）が矩形状とされている。第１水路２１Ｒの先端部は、下壁部１２の先端部において、正面視矩形状に形成されており、コイル部側水路１６と滑らかに連続している。第１水路２１Ｒは、第２水路２１Ｌと左右対称な形状に形成されている。

第２水路２１Ｌは、コイル部側水路１６からの冷却水の排出路として設けられている。第２水路２１Ｌは、第２分割体６Ｌに設けられたポート１０に開放されており、第２分割体６Ｌの後壁７内において、正面視でＬ字状に形成されている。第２水路２１Ｌのうち、第２分割体６Ｌの後壁７内において左右に延びる部分２１ａＬを機械加工によって形成するためには、通常、当該部分２１ａＬと連続し後壁７の左端面に開放される加工用孔部を形成する必要がある。そして、この加工用孔部を塞ぐ金属プラグを設ける必要がある。しかしながら、本実施形態では、誘導加熱コイル１は、積層造形法によって形成されるので、このような金属プラグは不要である。

第２水路２１Ｌは、第２分割体６Ｌの後壁７から本体８Ｌの縦壁部１１に進むように延び、縦壁部１１から下壁部１２に延びている。第２水路２１Ｌは、下壁部１２内において、前後方向に沿って直線状に延びている。第２水路２１Ｌは、下壁部１２内において、前後方向と直交する断面形状（正面視における形状）が矩形状とされている。第２水路２１Ｌの先端部は、下壁部１２の先端部において、正面視矩形状に形成されており、コイル部側水路１６と滑らかに連続している。上記の構成を有する第１水路２１Ｒおよび第２水路２１Ｌに、コイル部側水路１６が接続されている。

図４〜図６を参照して、コイル部側水路１６は、コイル部３、特に、高温となるコイル部３の内周面３ｄの周囲を冷却するために設けられている。コイル部側水路１６は、全体として、有端の円環状に形成された水路であり、コイル部３の中心軸線Ｓ１の周囲に形成されている。コイル部側水路１６は、コイル部３の周方向Ｃ１におけるコイル部３の大部分に亘って形成されている。

コイル部側水路１６は、入口３１と、外周側面３２と、内周側面３３と、上面３４と、下面３５と、出口３６と、第１拡張部３７と、第２拡張部３８と、を有している。

入口３１は、第１水路２１Ｒの先端部と滑らかに接続される部分として設けられている。入口３１の形状は、第１水路２１Ｒの先端部の形状と同じであり、本実施形態では、正面視矩形状に形成されており、且つ、周方向Ｃ１に沿って延びている。入口３１と第１水路２１Ｒの先端部との間には、段差が形成されておらず、入口３１と第１水路２１Ｒとの接続部において、熱応力に起因する歪みの偏りが抑制されている。

出口３６は、第２水路２１Ｌの先端部と滑らかに接続される部分として設けられている。出口３６の形状は、第２水路２１Ｌの先端部の形状と同じであり、本実施形態では、正面視矩形状に形成されており、且つ、周方向Ｃ１に沿って延びている。出口３６と第２水路２１Ｌの先端部との間には、段差が形成されておらず、出口３６と第２水路２１Ｌとの接続部において、熱応力に起因する歪みの偏りが抑制されている。

入口３１と出口３６との間には、外周側面３２、内周側面３３、上面３４、および、下面３５が延びている。

外周側面３２については、コイル部３の周方向Ｃ１における当該外側側面３２の両端部３２ａ，３２ｂ以外の部分としての中間部３２ｃが、円筒面の一部に相当する形状に形成されており、平面視において、略円弧状に形成されている。

外周側面３２の一端部３２ａは、入口３１との接続部であり、当該部分では、入口３１側に向けて湾曲する滑らかな曲面を構成している。外周側面３２の中間部３２ｃの曲率中心は、コイル部３の中心軸線Ｓ１であるけれども、外周側面３２の一端部３２ａの曲率中心Ａ１は、電力供給部２とコイル部３との接続部１３の近傍において、誘導加熱コイル１の外部に位置している。このように、外周側面３２の中間部３２ｃと一端部３ａとの曲率中心（平面視においてコイル部３のうち凸部分の向く方向）が異なるように外周側面３２を形成することで、入口３１と外周側面３２との接続部の周囲の形状を滑らかにすることができる。これにより、第１水路２１Ｒとコイル部側水路１６との接続部の周囲において、熱応力に起因する応力集中は、抑制される。外周側面３２の他端部３２ｂは、外周側面３２の一端部３２ａとは左右対称な形状に形成されている。

外周側面３２の他端部３２ｂは、出口３６との接続部であり、当該部分では、出口３６側に向けて湾曲する滑らかな曲面を構成している。外周側面３２の他端部３２ｂの曲率中心Ａ２は、電力供給部２とコイル部３との接続部１３の近傍において、誘導加熱コイル１の外部に位置している。このように、外周側面３２の中間部３２ｃと他端部３ｂとの曲率中心（平面視においてコイル部３のうち凸部分の向く方向）が異なるように外周側面３２を形成することで、出口３６と外周側面３２との接続部の周囲の形状を滑らかにすることができる。これにより、第２水路２１Ｌとコイル部側水路１６との接続部の周囲において、熱応力に起因する応力集中は、抑制される。外周側面３２に取り囲まれるようにして、内周側面３３が配置されている。

内周側面３３は、入口３１からコイル部３の中心軸線Ｓ１に向けて進んだ後、周方向Ｃ１に沿って延び、さらに、出口３６に向けて進むように延びている。内周側面３３は、一端部３３ａと、他端部３３ｂと、中間部３３ｃと、を有している。

内周側面３３の一端部３３ａは、入口３１からコイル部３の内周面３ｄ側に向けて延びる部分として設けられている。平面視において、内周側面３３の一端部３３ａは、入口３１から遠ざかるに従い外周側面３２の一端部３２ａから離隔するように延びる形状を有しており、コイル部３の一端部３ａに向けて凸となる湾曲状に形成されている。内周側面３３の一端部３３ａは、全体が滑らかに連続する面として形成されており、内周側面３３の中間部３３ｃに滑らかに接続されている。平面視において、内周側面３３の一端部３３ａと中間部３３ｃとの境界部３３ｄは、コイル部３の中心軸線Ｓ１と外周側面３２の一端部３２ａとを結ぶ仮想線Ｌ１の近傍に位置している。この境界部３３ｄは、平面視において、コイル部３の内周面３ｄのテーパ状面３ｆと重なる箇所に配置されている。内周側面３３の一端部３３ａとは左右対称に、内周側面３３の他端部３３ｂが配置されている。

内周側面３３の他端部３３ｂは、出口３６からコイル部３の内周面３ｄ側に向けて延びる部分として設けられている。平面視において、内周側面３３の他端部３３ｂは、出口３６から遠ざかるに従い外周側面３２の他端部３２ｂから離隔するように延びる形状を有しており、コイル部３の他端部３ｂに向けて凸となる湾曲状に形成されている。内周側面３３の他端部３３ｂは、全体が滑らかに連続する面として形成されており、内周側面３３の中間部３３ｃに滑らかに接続されている。平面視において、内周側面３３の他端部３３ｂと中間部３３ｃとの境界部３３ｅは、コイル部３の中心軸線Ｓ１と外周側面３２の他端部３２ｂとを結ぶ仮想線Ｌ２の近傍に位置している。この境界部３３ｅは、平面視において、コイル部３の内周面３ｄのテーパ状面３ｆと重なる箇所に配置されている。

内周側面３３の中間部３３ｃは、外周側面３２の中間部３２ｃと同心に形成されており、平面視において、円弧状に形成されている。上記の内周側面３３の下端部と外周側面３２の下端部とは、下面３５によって接続されている。コイル部側水路１６の下面３５は、コイル部３の下端面３ｈと平行に延びている。また、上記の内周側面３３の上端部と外周側面３２の上端部とは、上面３４によって接続されている。

コイル部側水路１６の上面３４は、下面３５と同心に形成されており、平面視において有端円環状に形成されている。この上面３４は、平坦面３４ａと、傾斜面３４ｂとを有している。

平坦面３４ａは、コイル部３の上端面３ｇと平行に延びている。この平坦面３４ａは、外周側面３２の上端部の全域と連続しており、且つ、内周側面３３の両端部３３ａ，３３ｂと連続している。コイル部側水路１６の傾斜面３４ｂは、コイル部側水路１６の平坦面３４ａの内周部から、内周側面３３に向けて延びる傾斜状に形成されている。内周側面３３は、平坦面３４ａから内周側面３３側に進むに従い下方に進む傾斜状に延びる、テーパ状に形成されている。周方向Ｃ１におけるこの傾斜面３４ｂの一端部は、内周側面３３の一端部３３ａに連続している。周方向Ｃ１におけるこの傾斜面３４ｂの他端部は、内周側面３３の他端部３３ｂに連続している。

上記の構成により、コイル部側水路１６の入口３１の近傍には、第１拡張部３７が形成されており、コイル部側水路１６の出口３６の近傍には、第２拡張部３８が形成されている。

冷却水の進行方向Ｆ１と直交する断面において、入口３１での断面積よりも、第１拡張部３７での断面積が大きくなっている。そして、第１拡張部３７から進行方向Ｆ１の下流側に進むと、外周側面３２の中間部３２ｃにおける、コイル部側水路１６の断面積は、第１拡張部３７における断面積よりも小さくなっている。すなわち、コイル部側水路１６は、入口３１の周囲で進行方向Ｆ１と直交する断面での断面積が一旦拡がり、その後、当該断面積が縮小するような複雑な形状を有している。

上記と同様にして、冷却水の進行方向Ｆ１と直交する断面において、外周側面３２の中間部３２ｃにおける、コイル部側水路１６の断面積は、第２拡張部３８における断面積よりも小さくなっている。そして、第２拡張部３８においては、進行方向Ｆ１と直交する断面積が、出口３６での断面積よりも大きくなっている。すなわち、コイル部側水路１６は、外周側面３２の中間部３２ｃから第２拡張部３８に進むと、進行方向Ｆ１と直交する断面での断面積が一旦拡がり、その後、当該断面積が出口３６で縮小するような複雑な形状を有している。

以上の構成により、電力供給部側水路１５とコイル部側水路１６との接続部１３は、冷却水の進行方向Ｆ１に進むに従い、連続的に断面積が変化している。以上が、誘導加熱コイル１の概略構成である。次に、誘導加熱コイル１の製造システム、および、誘導加熱コイル１の製造方法について説明する。

［誘導加熱コイルの製造システム］
図７は、誘導加熱コイル１を製造するための製造システム４０の模式図である。図７に示すように、製造システム４０は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置４１と、データ変換装置４２と、製造装置４３と、を有している。

ＣＡＤ装置４１は、例えば、画面上で画像を３次元的に表示することが可能な３Ｄ−ＣＡＤ装置である。本実施形態では、ＣＡＤ装置４１は、コンピュータと、当該コンピュータにインストールされたソフトウェアと、を含んでいる。誘導加熱コイル１の設計者は、ＣＡＤ装置４１を操作することにより、誘導加熱コイル１を作成するためのＣＡＤデータ（画像データ）を作成する。ＣＡＤ装置４１で作成されたＣＡＤデータは、データ変換装置４２へ出力される。

データ変換装置４２は、ＣＡＤデータを、製造装置４３を動作させるためのデータに変換する装置として設けられている。本実施形態では、データ変換装置４２、コンピュータと、当該コンピュータにインストールされたソフトウェアとを含んでいる。

データ変換装置４２は、例えば、ＣＡＤデータによって特定される誘導加熱コイル１の３次元画像を、コイル部３の上下方向に沿って所定の間隔毎にスライスして得られる複数のレイヤー画像（２次元画像）に分割し、当該複数のレイヤー画像のデータを保持する。上記所定の間隔は、製造装置４３において、積層される金属粉末１層分の厚みに相当し、たとえば、数十μｍ程度である。上記複数のレイヤー画像のデータは、製造装置４３へ与えられる。

製造装置４３は、金属粉末を溶融および焼結するための装置である。本実施形態では、製造装置４３、たとえば、選択的レーザー溶融法（Selective Laser Melting）法によって、誘導加熱コイル１を形成する。本実施形態では、製造装置４３は、レーザー光源４４と、制御部４５と、可動台４６と、粉末供給部４７と、を有している。

レーザー光源４４は、金属粉末に熱エネルギーを与えるために設けられている。尚、レーザー光源４４からのレーザー光線は、レーザー光源４４自体が図示しない駆動装置を用いて変位させられることにより、金属粉末の所望の位置に照射されてもよいし、レーザー光源４４は固定された状態で、ガルバノメーターミラーを用いて所望の位置に照射されてもよい。レーザー光源４４は、制御部４５よって制御される。

制御部４５は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等を含んでおり、データ変換装置４２らデータを与えられる。制御部４５は、レーザー光源４４、可動台４６および粉末供給部４７を制御する。より具体的には、制御部４５は、データ変換装置４２から与えられた画像データを基に、金属粉末の所定箇所へのレーザー光線の照射量を決定し、決定した照射量に基づいて、金属粉末の所定箇所へレーザー光線を照射する。尚、レーザー光線の照射量は、データ変換装置４２で設定されてもよい。

レーザー光線が照射される金属粉末は、可動台４６に載置される。可動台４６は、金属粉末を保持するために設けられている。可動台４６は、例えば、略水平な上面を有しており、当該上面に金属粉末が載置される。また、可動台４６は、図示しない駆動機構を有しており、上下方向に変位可能である。可動台４６には、粉末供給部４７から金属粉末が供給される。

粉末供給部４７は、金属粉末を収容する収容部と、金属粉末を可動台４６に供給する供給部と、を有している。粉末供給部４７は、前述した所定の間隔に相当する厚み（本実施形態において、数十μｍ）の金属粉末層を可動台４６上に形成する。

[誘導加熱コイルの製造工程]
次に、誘導加熱コイル１を製造する工程について、図８などを参照しながら説明する。図８は、誘導加熱コイル１の製造工程の一例について説明するためのフローチャートである。なお、以下では、フローチャートを用いて説明する場合、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明する。

図８を参照して、誘導加熱コイル１を製造する際には、まず、設計者が、ＣＡＤ装置４１を用いて、誘導加熱コイル１のＣＡＤデータを作成する（ステップＳ１）。

次に、設計者は、製造装置４３における、誘導加熱コイル１の積層造形時の金属粉末の積層方向を設定する（ステップＳ２）。本実施形態では、たとえば、誘導加熱コイル１が下向きで完成するように、積層方向が設定される。次に、製造装置４３は、ＣＡＤデータを用いて、誘導加熱コイル１を金属積層造形法によって作成する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、本発明の「積層造形工程」の一例である。これにより、誘導加熱コイル１が完成する。次いで、後処理工程において、誘導加熱コイル１に形成されたサポート部５０が除去される（ステップＳ４）。

次に、製造装置４３を用いた積層造形工程（ステップＳ３）について、より具体的に説明する。図９は、積層造形工程の一例について説明するためのフローチャートである。図９を参照して、積層造形工程では、まず、データ変換装置４２が、ＣＡＤ装置４１で作成されたＣＡＤデータによって特定される誘導加熱コイル１の三次元画像を、所定の厚み毎に複数のレイヤーに分割する。そして、データ変換装置４２は、各レイヤーの画像データを、製造装置４３の制御部４５へ出力する（ステップＳ１１）。制御部４５は、各レイヤーの画像データを読み込み、各レイヤーの各画素（可動台４６の各位置に相当）について、レーザー光線の照射量を設定する（ステップＳ１２）。

次に、制御部４５は、粉末供給部４７を駆動させる。これにより、粉末供給部４７は、図１０（ａ）に示すように、可動台４６の上面に、前述した所定厚みの金属粉末層５１を形成する（ステップＳ１３）。即ち、金属粉末が準備される。次いで、制御部４５は、レーザー光源４４を駆動させる。これにより、レーザー光源４４は、制御部４５設定されたレーザー光線の照射量に従って、金属粉末層５１所定箇所に、レーザー光線を所定量照射する（ステップＳ１４）。これにより、図１０（ｂ）に示すように、金属粉末層５１の一部が溶融されることで、当該一部が焼結される。

次に、制御部４５、全てのレイヤーに関連して焼結作業が行われたか否かを判定する（ステップＳ１５）。焼結作業が完了していない場合（ステップＳ１５でＮｏ）、制御部４５は、可動台４６を駆動させ、金属粉末層５１の厚みと同じ値だけ、可動台４６を下方に変位させる（ステップＳ１６）。

制御部４５は、再び、粉末供給部４７を駆動させる。これにより、粉末供給部４７は、再び金属粉末層を形成する（ステップＳ１３）。次いで、制御部４５は、レーザー光源４４を駆動させる。これにより、レーザー光源４４は、制御部４５で設定されたレーザー光線の照射量に従って、金属粉末層の所定箇所に、レーザー光線を所定量照射する（ステップＳ１４）。これにより、金属粉末層の一部が溶融されることで、当該一部が焼結される。このように、金属粉末の溶融量を場所によって異ならせることで、誘導加熱コイル１のうち絶縁体４を除く各部を所望の密度で形成する。

製造装置４３では、全てのレイヤーに関連して焼結作業が行われるまで、ステップＳ１３〜ステップＳ１６が繰り返される。これにより、図１０（ｃ）に示すように、金属粉末層ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、…、（ｎは正の整数）が積層され、誘導加熱コイル１が形成されていくこととなる。この積層工程においては、誘導加熱コイル１に加えて、サポート部５０が形成される。

サポート部５０は、電力供給部２から突出する突出としてのコイル部３が、積層工程での造形最中において金属粉末層５１に対して自重で沈むなどの位置ずれを生じることを抑制するために設けられている。本実施形態では、誘導加熱コイル１は、上下反転した状態となるようにして製造装置４３で形成される。このため、コイル部３は、サポート部５０によって下方から支持された状態で、造形される。

そして、全てのレイヤーについて焼結作業が行われたと制御部４５で判定された場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、焼結作業が完了する。図８を参照して、造形工程の後の後処理（ステップＳ４）は、可動台４６上に形成された誘導加熱コイル１を作業者が可動台４６から取り外し、誘導加熱コイル１に付着している不要な金属粉末を誘導加熱コイル１から除去する処理を含む。また、この工程においては、誘導加熱コイル１から、図示しないカッターなどを用いてサポート部５０が取り外される。ステップＳ４は、本発明の「切除工程」の一例である。また、後処理工程（ステップＳ４）では、電力供給部２に絶縁体４が取付られる。これにより、誘導加熱コイル１が完成する。

以上説明したように、本実施形態によると、コイル部３内、および、電力供給部２内の冷却水路５は、金属積層造形法を用いて形成される。金属積層造形法であれば、金属粉末層５１に選択的に熱を加えて溶融させた後にこの溶融金属が固まる作業が繰り返し行われることで、任意の立体形状を形成できる。よって、コイル部３内および電力供給部２内に形成される冷却水路５が複雑な形状であっても、電力供給部２およびコイル部３を単一部品で作ることができる。よって、コイル部３自体と、電力供給部２とコイル部３とを繋ぐために、電力供給部２とコイル部３との間のいずれにもろう付け部分が設けられる必要は無い。このため、熟練を要求されるろう付け作業が不要となる。その上、金属積層造形法であれば、機械的に精度良く同型状の誘導加熱コイル１を量産できる。よって、誘導加熱コイル１を均一の寸法で大量生産することが可能となる。

しかも、コイル部３自体の形成にろう付けが必要なく、さらに、コイル部３と電力供給部２とをろう付けする必要が無いので、ろう付け作業に起因するコイル部３自身の熱歪みと、電力供給部２と加熱コイル部３との間の熱歪みは、生じない。したがって、このような熱歪みを抑制するための専用の治具が不要であり、誘導加熱コイル１をより容易に製造できる。

さらに、ろう付け用の、上記の治具をセットするための作業が不要であるので、誘導加熱コイル１の生産効率を、より高くできる。その上、金属積層造形法であれば、形状の設定の自由度が高い。このため、被処理物１００の最適な熱処理を達成するための、誘導加熱コイル１の形状の設定の自由度を高くできる。さらに、電気抵抗的に不連続な部分となるろう付け部分が不要であるため、コイル部３内および電力供給部２とコイル部３との接続部１３における熱応力の偏りを少なくできる。よって、誘導加熱コイル１の寿命をより高くできる。

よって、本実施形態によると、誘導加熱コイル１を、より長寿命となるように製造できる。さらに、誘導加熱コイル１を、より容易に、且つ、より高い精度で製造でき、さらには、誘導加熱コイル１の生産効率をより高くすることができる。

また、本実施形態によると、積層造形工程の後の後処理工程で機械加工によって除去されるサポート部５０の体積が小さく、誘導加熱コイル１の材料の歩留まりをより高くできる。その結果、材料コストの低減を通じて誘導加熱コイル１の製造コストを抑制できる。また、積層造形工程において、溶融される部分の密度に変化をつけることで、加熱コイル部３の軽量化を実現可能である。これにより、コイル部３の材料をより少なくできるので、誘導加熱コイル１の材料コストをより低減できる。また、コイル部３を支持する電力供給部２とコイル部３との接続部１３に作用する応力の低下を通じて、誘導加熱コイル１の寿命をより向上できる。さらに、熟練の作業員が手作業で仕上げたコイル部の形状について、積層造形法で容易に再現（リバースエンジニアリング）も可能である。

また、本実施形態によると、金属積層造形法による誘導加熱コイル１の形成時には、誘導加熱コイル１のコイル部３を支持するサポート部５０が形成される。そして、誘導加熱コイル１は、サポート部５０を切除した後としての切除後部１４を有している。この構成によると、サポート部５０は、電力供給部２から突出する突出部としてのコイル部３が、金属積層造形法による造形最中において、金属粉末層５１に対して自重で沈むなどの位置ずれを生じることを抑制するために用いることができる。これにより、誘導加熱コイル１の寸法精度を、より高くできる。

特に、本実施形態では、コイル部３は、電力供給部２の厚みよりも小さい厚みを有し電力供給部２から突出する形状に形成されており、サポート部５０は、金属積層造形法による誘導加熱コイル１の形成時に、コイル部３を支持する。この構成によると、厚みの薄いコイル部３を有する誘導加熱コイル１を、より精度よく形成できる。

また、本実施形態によると、電力供給部側水路１５とコイル部側水路１６との接続部１３は、冷却水の進行方向Ｆ１に進むに従い連続的に断面積が変化する。電力供給部２とコイル部３との接続部１３では、形状の変化が大きく、局所的に熱応力が高くなり易い。このような接続部１３の周辺において、冷却水路５の形状が、連続的に変化する形状となっている。これにより、上記接続部１３での熱応力の偏りを抑制できる。よって、誘導加熱コイル１をより長寿命にすることができる。

また、本実施形態によると、コイル部３、電力供給部２、および、冷却水路５路は、単一の部材を用いて一体に形成されている。この構成によると、コイル部３自体と、電力供給部２とコイル部３との間のいずれにもろう付け部分が設けられる必要は無い。このため、ろう付け作業に起因する電力供給部２と加熱コイル部３との間の熱歪みは、生じない。したがって、このような熱歪みを抑制するための専用の治具が不要であり、誘導加熱コイル１をより容易に製造できる。さらに、ろう付け用の、上記の治具をセットするための作業が不要であるので、誘導加熱コイル１の生産効率を、より高くできる。さらに、電気抵抗的に不連続な部分となるろう付け部分が不要であるため、コイル部３内および電力供給部２とコイル部３との接続部１３における熱応力の偏りを少なくできる。よって、誘導加熱コイル１の寿命をより高くできる。

また、本実施形態によると、加熱コイル部３および電力供給部２には、ろう付け部分が設けられていない。したがって、接続部１３においても、ろう付け部分が設けられていない。このため、ろう付け作業に起因する加熱コイル部３および電力供給部２の熱歪みは、生じない。したがって、電気抵抗的に不連続な部分となるろう付け部分が不要であるため、加熱コイル部３および電力供給部２における熱応力の偏りを少なくできる。よって、誘導加熱コイル１の寿命をより高くできる。さらに、加熱コイル部３および電力供給部２は、導電性を備える同一の金属材料によって一体に形成されている。このため、複数の金属材料をろう付けすることで組み合わせて形成された従来のコイル部および電力供給部と比べて、単位体積あたりの加熱コイル部３内および電力供給部２内の全部位における電気抵抗率のばらつきが小さい。また、加熱コイル部３内および電力供給部２内の全部位において、単位体積（１ｍｍ^３）当たりの電気抵抗率（Ω・ｍ）のばらつきは、少なくとも１０％以下であり、特に、本実施形態では、５％以下であり、また、銀ろうを用いて形成された場合のコイル部の電気抵抗率のばらつきの少なくとも１／２である。このため、加熱コイル部３および電力供給部２の熱による膨張、収縮において、加熱コイル部３内および電力供給部２内での膨張・収縮量のばらつきに差が生じ難い。よって、加熱コイル部３内および電力供給部２内での疲労破壊を抑制でき、加熱コイル部３および電力供給部２の長寿命化を通じて誘導加熱コイル１の寿命をより高くできる。

ここで、誘導加熱コイル１と、従来の誘導加熱コイル１’（図示せず）との定性的な比較をする。誘導加熱コイル１’は、電力供給部とコイル部とが別体に形成された後に、これら電力供給部とコイル部とがろう付けによって接合された構成を有しており、誘導加熱コイル１と略同じ形状を有する。

誘導加熱コイル１のうち、絶縁体４を除く各部の電気抵抗率は、約１．７×１０^−８Ω・ｍである。一方、誘導加熱コイル１’については、ろう付け部の電気抵抗率は、約９．１×１０^−８Ω・ｍであり、ろう付け部および絶縁体以外の各部の電気抵抗率は、約１．７×１０^−８Ω・ｍである。このように、誘導加熱コイル１’においては、ろう付け部とそれ以外の導電体との間で、電気抵抗率に約５倍の差がある。

誘導加熱コイル１の前後方向における、電力供給部２とコイル部３との接続部１３の近辺での電気抵抗率のばらつき量Δ１は、図１１（ａ）に示すように、約１％程度の小さい値となる。誘導加熱コイル１における電気抵抗率のばらつきは、ろう付けされた構成を有する誘導加熱コイル１’における電気抵抗率のばらつきと比較して少なくとも１／２以下、１／３以下、１／４以下、１／５以下の電気抵抗率にできる。なお、上記のばらつき量Δ１がゼロとはならない理由の一つとして、電力供給部２およびコイル部３を金属積層造形法で形成した際の材料内部の空隙率のばらつきが挙げられる。

ところで、ＪＩＳ（日本工業規格）に規定されているＪＩＳ銀ろうのうち、ＢＡＧ−１Ａの成分配合は、Ａｇ：５０％、Ｃｕ：１５．５％、Ｚｎ：１６．５％、Ｃｄ：１８％となっている。そして、このＢＡＧ−１Ａの導電率（ＩＡＣＳ）は、２５％である。また、ＪＩＳの銀ろうＢＡＧ−１の成分配合は、Ａｇ：４５％、Ｃｕ：１５％、Ｚｎ：１６％、Ｃｄ：２４％となっている。そして、このＢＡＧ−１の導電率（ＩＡＣＳ）は、１９％である。

なお、上記の導電率は、ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard、国際焼きなまし銅線標準）で規定される標準焼きなまし銅線の導電率を１００％とした場合の導電率の比である。すなわち、上記のＢＡＧ−１Ａ、ＢＡＧ−１の導電率は、銅の１／４〜１／５程度であり、電気抵抗率が大きい。すなわち、ろう材料が用いられる誘導加熱コイル１’での電気抵抗率のばらつきと比べて、誘導加熱コイル１での電気抵抗率のばらつきも、格段に小さくできる。

なお、図１１（ａ）は、第１実施形態に係る誘導加熱コイル１の各部の電気抵抗率を模式的に示すグラフであり、図１１（ｂ）は、比較例に係る誘導加熱コイル１’の各部の電気抵抗率を模式的に示すグラフである。図１１（ａ）、図１１（ｂ）において、横軸は、各部の前後方向の位置を示しており、縦軸は、電気抵抗率の値を示している。

これに対し、誘導加熱コイル１’の前後方向における、電力供給部とコイル部との接続部の近辺での電気抵抗率のばらつき量Δ２は、図１１（ｂ）に示すように、数十％となる。よって、誘導加熱コイル１’では、当該誘導加熱コイル１’の加熱および冷却が繰返される度に、ろう付け部において大きな膨張・収縮が繰返され、疲労破壊が生じ易くなる。これに対し、本実施形態の誘導加熱コイル１では、ろう付け部が設けられていない。よって、誘導加熱コイル１では、当該誘導加熱コイル１の加熱および冷却が繰返されても、接続部１３において大きな膨張・収縮が生じず、疲労破壊が生じ難い。よって、誘導加熱コイル１の耐久性が優れていることは、明らかである。

また、誘導加熱コイル１’の製造工程は、誘導加熱コイル１の製造工程と比べて煩雑となり、誘導加熱コイル１の製造は、格段に容易となる。より具体的には、従来の誘導加熱コイル１’製造工程は、（１）コイル部の設計、（２）ろう付け部の設計、（３）ろう付け時の歪みを抑制するための治具の設計、（４）この治具の製作、（５）電力供給部、および、コイル部のそれぞれの製作、（６）電力供給部とコイル部とのろう付け、（７）寸法精度を確保するための仕上げ加工、（８）ろう付け工程後の酸洗い（酸化膜除去）、の８工程が必要である。

なお、上記（２）のろう付け部の設計工程では、応力集中を可及的に避けるための設計について、熟練を要する。また、上記（５）の電力供給部、および、コイル部のそれぞれの製作工程では、各部品毎に機械加工が必要であり、歩留まりの低下（削りだしによる素材のロス）が生じる。また、上記（６）のろう付け工程では、ろう付けの失敗に伴うろう付けのやり直し作業ができず、作業員の熟練を要求される。また、上記（７）の仕上げ加工工程では、ろう付け工程で生じた熱歪みを除去するなどの手間がかかる。

これに対して、誘導加熱コイル１の製造工程は、前述したように、（１）設計工程（ステップＳ１）と、（２）造形方向設定工程（ステップＳ２）と、（３）積層造形工程（ステップＳ３）と、（４）サポート部５０を除去するなどの後処理工程（ステップＳ４）の、僅か４つの工程で済む。

また、上記ステップＳ１〜Ｓ３は、何れも、コンピュータを用いて行われるので、作業員による熟練度合いの影響を極めて抑制された状態で、精度の高い誘導加熱コイル１を高い歩留まりで量産できる。なお、上記（４）の後処理工程では、サポート部５０が不要な部材として除去されるけれども、このサポート部５０の量は僅かであり、誘導加熱コイル１の素材の歩留まりに与える影響は小さくて済む。

なお、上述の実施形態では、冷却水路５において、電力供給部側水路１５と、コイル部側水路１６との接続部１３の周囲で、滑らかな形状が実現されていた。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、図１２に示すように、冷却水路５において、電力供給部側水路１５と、コイル部側水路１６との接続部１３の周囲で、段部１３ａが形成されていてもよい。

［第２実施形態］
図１３は、本発明の第２実施形態に係る誘導加熱コイル１Ａの斜視図である。図１４は、図１３のコイル部３を拡大して示す斜視図である。図１５は、コイル部３の側面図である。図１６は、コイル部３の平面図である。なお、以下では、第１実施形態と異なる構成について主に説明し、第１実施形態と同様の構成には、図に同様の符号を付して説明を省略する。

図１３〜図１６を参照して、誘導加熱コイル１Ａは、電力供給部２と、コイル部３と、絶縁体４と、冷却水路６１と、第２冷却水路６２と、を有している。誘導加熱コイル１Ａのうち、絶縁体４以外の部分は、金属積層造形法を用いて形成されている。

冷却水路６１は、コイル部３を冷却するための冷却水が通過する水路として設けられている。本実施形態では、冷却水は、電力供給部２から誘導加熱コイル１Ａ内に進入し、コイル部３を通って電力供給部２に戻され、電力供給部２から誘導加熱コイル１Ａの外部に排出される。本実施形態では、冷却水路６１は、一様な断面形状を有している。すなわち、冷却水路６１は、当該冷却水路６１の進行方向Ｆ１と直交する断面形状が、進行方向Ｆ１の何れの箇所においても一定である。本実施形態では、冷却水路６１の上記断面形状は、略真円の丸形状である。

冷却水路６１は、電力供給部側水路６３と、コイル部側水路６４と、を有している。

電力供給部側水路６３は、電力供給部２内に形成された水路であり、コイル部側水路６４への冷却水の供給、および、コイル部側水路６４からの冷却水の排出を行う。

電力供給部側水路６３は、第１分割体６Ｒに形成された第１水路６５Ｒと、第２分割体６Ｌに形成された第２水路６５Ｌと、を有している。

第１水路６５Ｒおよび第２水路６５Ｌは、左右対称な形状に形成されている。第１水路６５Ｒおよび第２水路６５Ｌは、それぞれ、対応する分割体６Ｒ，６Ｌの下壁部１２，１２のうち対応するリブ９，９の下方に形成されており、前後方向に沿って直線状に延びている。各水路６５Ｒ，６５Ｌの断面積（進行方向Ｆ１と直交する断面での面積）は、第２冷却水路６２の後述する電力供給部側第２水路７３における断面積（進行方向Ｆ１と直交する断面での面積）よりも小さく設定されている。

第１水路６５Ｒおよび第２水路６５Ｌは、それぞれ、対応する後壁７，７の後方に開放されているとともに、コイル部側水路６４の対応する第１直線状部６６Ｒおよび第２直線状部６６Ｌに接続されている。

コイル部側水路６４は、第１直線状部６６Ｒと、第２直線状部６６Ｌと、起伏部６７と、を有している。

第１直線状部６６Ｒは、電力供給部側水路１５の第１水路６５Ｒに連続する部分であり、当該第１水路６５Ｒと一直線上に延びている。第１直線状部６６Ｒは、コイル部３の内周面３ｄのテーパ状面３ｆの下方において、起伏部６７に接続されている。

第２直線状部６６Ｌは、電力供給部側水路１５の第２水路６５Ｌに連続する部分であり、当該第２水路６５Ｌと一直線上に延びている。第２直線状部６６Ｌは、コイル部３の内周面３ｄのテーパ状面３ｆの下方において、起伏部６７に接続されている。

起伏部６７は、周方向Ｃ１に沿って進むに従い上下方向（コイル部３の厚み方向）に起伏する蛇行状の部分として形成されている。起伏部６７は、コイル部３の内周面３ｄに隣接して配置されており、コイル部３のうち特に発熱量の多い内周面３ｄ近傍の領域を冷却可能に構成されている。起伏部６７は、コイル部３の内周面３ｄのテーパ状面３ｆの下方に位置している。

起伏部６７は、入口部６８と、複数の第１アーチ部６９と、複数の第２アーチ部７０と、出口部７１と、を有している。

入口部６８は、第１直線状部６６Ｒに繋がる部分として設けられている。入口部６８は、径方向内方に向かいつつ下方に延びるように形成されている。入口部６８は、第１アーチ部６９に接続されている。

本実施形態では、第１アーチ部６９と第２アーチ部７０とは、周方向Ｃ１に交互に配置されており、これら第１アーチ部６９と第２アーチ部７０との連続形状により、上下方向に起伏した起伏部６７が形成されている。

第１アーチ部６９は、コイル部３の径方向Ｒ１に沿って見たときにＵ字状に形成された部分である。第１アーチ部６９は、コイル部３の下端部寄りに配置されている。第２アーチ部７０は、コイル部３の径方向Ｒ１に沿って見たときに上下逆向きのＵ字状に形成された部分である。第２アーチ部７０は、上下方向におけるコイル部３の中間部に配置されており、第１アーチ部６９の上方に位置している。

前述したように、入口部６８に、第１アーチ部６９の一端が連続している。そして、第１アーチ部６９の他端は、第２アーチ部７０の一端に連続している。さらに、この第２アーチ部７０の他端は、次の第１アーチ部６９の一端に連続している。このようにして、周方向Ｃ１に沿って第１アーチ部６９と第２アーチ部７０とが交互に接続されている。そして、コイル部３の他端部３ｂにおいて、第１アーチ部６９が、出口部７１に接続されている。

出口部７１は、第２直線状部６６Ｌに接続される部分として設けられている。出口部７１は、コイル部３の他端部３ｂにおける第１アーチ部６９から径方向Ｒ１の外方に向かいつ上方に延びるように形成されている。上記の構成を有する冷却水路６１に隣接して、第２冷却水路６２が配置されている。

第２冷却水路６２は、コイル部３によって誘導加熱された被処理物１００を冷却するための被処理物用冷却水（被処理物用冷媒）が通過する水路として設けられている。第２冷却水路６２は、噴射ノズル７２に接続されており、第２冷却水路６２を通過した冷却水は、噴射ノズル７２から被処理物１００へ噴射される。すなわち、被処理物１００が誘導加熱コイル１Ａによって加熱された後、この被処理物１００に噴射ノズル７２から冷却水が吹き付けられることで、被処理物１００の焼入処理などが行われる。

第２冷却水路６２は、第１実施形態の冷却水路５と同じ形状を有している。より具体的には、第２冷却水路６２は、電力供給部側第２水路７３と、コイル部側第２水路７４と、を有している。

電力供給部側第２水路７３は、電力供給部２内に形成された水路であり、コイル部側第２水路７４への冷却水の供給を行う。

電力供給部側第２水路７３は、第１分割体６Ｒに形成された第１水路７５Ｒと、第２分割体６Ｌに形成された第２水路７５Ｌと、を有している。

第１水路７５Ｒは、コイル部側第２水路７４への冷却水供給路として設けられている。第１水路７５Ｒの形状は、誘導加熱コイル１の第１水路２１Ｒの形状と同じであるので、詳細な説明は省略する。

第２水路７５Ｌは、コイル部側第２水路７４への冷却水供給路として設けられている。第２水路７５Ｌの形状は、誘導加熱コイル１の第２水路２１Ｌの形状と同じであるので、詳細な説明は省略する。上記の構成を有する第１水路７５Ｒおよび第２水路７５Ｌに、コイル部側第２水路７４が形成されている。

コイル部側第２水路７４は、噴射ノズル７２に冷却水を供給するために設けられている。また、コイル部側第２水路７４は、冷却水路６１と協働してコイル部３を冷却するように構成されている。コイル部側第２水路７４は、全体として、有端の円環状に形成された水路であり、コイル部３の中心軸線を中心として形成されている。コイル部側第２水路７４は、冷却水路５の起伏部６７を取り囲むように配置されている。コイル部側第２水路７４の形状は、誘導加熱コイル１の冷却水路５のコイル部側水路１６の形状と同じである。

より具体的には、コイル部側第２水路７４は、入口３１Ａと、外周側面３２Ａと、内周側面３３Ａと、上面３４Ａと、下面３５Ａと、出口３６Ａと、第１拡張部３７Ａと、第２拡張部３８Ａと、を有している。

そして、入口３１Ａ、外周側面３２Ａ、内周側面３３Ａ、上面３４Ａ、下面３５Ａ、出口３６Ａ、第１拡張部３７Ａ、および、第２拡張部３８Ａの形状は、それぞれ、第１実施形態に係る誘導加熱コイル１の対応する入口３１、外周側面３２、内周側面３３、上面３４、下面３５、出口３６、第１拡張部３７、および、第２拡張部３８の形状と同じである。

上記の構成を有する第２冷却水路６２においては、電力供給部側第２水路７３からの冷却水が、コイル部側第２水路７４に向けて流れ、さらに、当該コイル部側第２水路７４から噴射ノズル７２に流れる。

噴射ノズル７２は、コイル部３が被処理物１００の熱処理時に被処理物１００と対向する部分に向けて開放されており、被処理物用冷却水を被処理物１００へ噴射する。

噴射ノズル７２は、周方向Ｃ１、および、上下方向（コイル部３の厚み方向）に沿って多数形成されている。本実施形態では、各噴射ノズル７２は、径方向Ｒ１に沿って、コイル部側第２水路７４からコイル部３の内周面３ｄに延びており、この内周面３ｄに開放されている。噴射ノズル７２は、円柱状の空間を形成している。噴射ノズル７２は、上下方向に等間隔に設けられ、且つ、周方向Ｃ１に等間隔に設けられている。

一部の噴射ノズル７２は、冷却水路６１の起伏部６７を避けるようにして配置された筒状に形成されている。また、一部の噴射ノズル７２は、起伏部６７を貫通するように延びる筒状に形成されている。

以上説明したように、第２実施形態によると、冷却水路６１の起伏部６７は、周方向Ｃ１に沿って進むに従い、コイル部３の厚み方向に起伏するように延びている。この構成によると、コイル部３と冷却水との接触面積をより多く確保できる。よって、コイル部３で生じた熱を、より効率よく冷媒で吸収できるので、コイル部３の過熱による熱応力の偏りが生じることを、より確実に抑制できる。さらに、冷却水路６１を細く（小型に）できる。このような立体的な複雑な形状の冷却水路６１を有する誘導加熱コイル１Ａの製造の容易さは、積層造形法を用いることで、顕著となる。

また、第２実施形態によると、噴射ノズル７２は、被処理物用冷却水を被処理物１００へ噴射可能である。この構成によると、コイル部３による誘導加熱によって加熱処理された被処理物１００を、被処理物用冷却水によって冷却することができる。このように、冷却水路６１に加えて第２冷却通路６２を有する誘導加熱コイル１Ａの製造の容易さは、積層造形法を用いることで、顕著となる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

（１）たとえば、上述の実施形態では、コイル部３が有端の円環状である形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。コイル部３は、被処理物１００を誘導加熱できる形状であればよく、たとえば、湾曲状部分を有する任意の形状であってもよいし、コ字状に形成されていてもよいし、螺旋状に形成されていてもよい。また、コイル部は、複数のリングがコイル部３の軸方向に並んだ形状（複数ターン形状）を有していてもよい。

（２）また、上述の実施形態では、周方向Ｃ１における電力供給部２とコイル部３との接続部１３の両端部は、平面視において段差のある形状として設けられていたけれども、この通りでなくてもよい。たとえば、図１７に示すように、接続部１３は、加熱コイル部３側に進むに従い断面積が連続的に大きくなる形状に形成されていてもよい。この場合、接続部１３の外側面１３ｃは、滑らかな円弧状に形成されており、熱応力による応力集中がより生じ難くされている。

（３）また、上述の実施形態では、誘導加熱コイル１のうちの電力供給部２には、サポート部５０が形成されない形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、電力供給部２およびコイル部３が完成時に横置き姿勢となる場合に、電力供給部２の下方にもサポート部５０Ｂが設置されてもよい。

この電力供給部２およびコイル部３が横置き姿勢となるように形成される場合、図１８（ａ）に示すように、サポート部５０Ｂとともに、電力供給部２およびコイル部３が形成される。サポート部５０Ｂは、電力供給部２およびコイル部３の下方にプレート状に形成される。そして、図１８（ａ）において想像線である２点鎖線で示される、サポート部５０Ｂと電力供給部２およびコイル部３との境界部５５が、後処理工程で切削される。これにより、図１８（ｂ）に示すように、サポート部５０Ｂが電力供給部２およびコイル部３から切除される。切除後部１４Ｂは、この境界部５５に相当する部分に形成される。境界部５５は、下壁部１２の下端面１２ｂおよびコイル部３の下端面３ｈに位置している。

一方、電力供給部２およびコイル部３が縦置き姿勢となるように形成される場合、図１９（ａ）の底面図に示すように、縦置きの姿勢でサポート部５０Ｂ’とともに、電力供給部２およびコイル部３が形成される。サポート部５０Ｂ’は、コイル部３の後方（図１９（ａ）においては、コイル部３の下方）の空洞となる部分を埋めるように形成される。すなわち、サポート部５０Ｂ’は、縦置き姿勢において、コイル部３の下方に位置する部分に形成され、コイル部３を支持する。そして、図１９（ａ）において２点鎖線で示される、サポート部５０Ｂ’と電力供給部２およびコイル部３との境界部５５’が、後処理工程で切削される。これにより、図１９（ｂ）に示すように、サポート部５０Ｂ’は、電力供給部２およびコイル部３から切除される。切除後部１４Ｂ’は、コイル部３のうちこの境界部５５’に相当する部分に形成される。境界部５５’は、電力供給部２の下壁部１２の側面およびコイル部３の後面に位置する。

本発明は、誘導加熱コイルとして、広く適用することができる。

１，１Ａ 誘導加熱コイル
２，２Ｂ 電力供給部
３ｇ 上端面（誘導加熱コイルの所定の部分）
３ コイル部
５，６１ 冷却水路（冷媒通路）
１３ 接続部
１４，１４Ｂ，１４Ｂ’ 切除後部
１５ 電力供給部側水路（電力供給部側通路）
１６ コイル部側水路（コイル部側通路）
５０、５０Ｂ，５０Ｂ’ サポート部
６２ 第２冷却水路（第２冷媒通路）
６３ 電力供給部側水路（電力供給部側通路）
６４ コイル部側水路（コイル部側通路）
６７ 起伏部
７２ 噴射ノズル
１００ 被処理物
Ｃ１ 周方向
Ｆ１ 進行方向

Claims (10)

1. 被処理物を誘導加熱するためのコイル部と、
   前記コイル部に電力を供給するための電力供給部と、
   前記コイル部に冷媒を供給するための冷媒通路と、を備え、
   前記コイル部は、有端環状に形成されて一端部および他端部を有しており、
   前記冷媒通路は、前記電力供給部内に形成された電力供給部側通路と、前記コイル部内に形成されたコイル部側通路と、を含み、
   前記コイル部側通路は、前記電力供給部側通路に接続される入口と、前記コイル部の周方向に沿って延びる外周側面および内周側面と、を含み、
   前記内周側面の一端部および前記外周側面の一端部が前記入口に接続されており、
   前記内周側面の前記一端部が、前記入口から遠ざかるに従い前記外周側面の前記一端部から離隔するように延びる形状を有しており、且つ、前記コイル部の前記他端部に向けて凸となる湾曲状に形成されていることにより、前記コイル部側通路は、前記冷媒の進行方向に進むに従い、前記入口の周囲で前記冷媒の進行方向と直交する断面での断面積が一旦拡がり、その後、当該断面積が縮小する形状に形成されていることを特徴とする、誘導加熱コイル。
2. 請求項１に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記外周側面の前記一端部は、前記入口側に向けて湾曲する曲面を構成しており、
   前記外周側面の中間部の曲率中心は、前記コイル部の中心軸線であり、
   前記外周側面の前記一端部の曲率中心は、前記入口の周囲において、前記コイル部の径方向における前記誘導加熱コイルの外部に位置していることを特徴とする、誘導加熱コイル。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記コイル部側通路は、前記電力供給部側通路に接続される出口を含み、
   前記入口と前記出口との間に前記外周側面および前記内周側面が延びており、
   前記内周側面の他端部および前記外周側面の他端部が前記出口に接続されており、
   前記内周側面の前記他端部が、前記出口から遠ざかるに従い前記外周側面の前記他端部から離隔するように延びる形状を有しており、且つ、前記コイル部の前記一端部に向けて凸となる湾曲状に形成されていることにより、前記コイル部側通路は、前記冷媒の進行方向に進むに従い、前記出口の周囲で前記冷媒の進行方向と直交する断面での断面積が一旦拡がり、その後、当該断面積が縮小する形状に形成されていることを特徴とする、誘導加熱コイル。
4. 請求項３に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記外周側面の前記他端部は、前記出口側に向けて湾曲する曲面を構成しており、
   前記外周側面の前記他端部の曲率中心は、前記出口の周囲において、前記コイル部の径方向における前記誘導加熱コイルの外部に位置していることを特徴とする、誘導加熱コイル。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記コイル部、前記電力供給部、および、前記冷媒通路は、金属積層造形法を用いて形成されていることを特徴とする、誘導加熱コイル。
6. 請求項５に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記金属積層造形法による前記誘導加熱コイルの形成時には、前記誘導加熱コイルの所定の部分を支持するサポート部が形成されるように構成され、
   前記誘導加熱コイルは、前記サポート部を切除した後としての切除後部を有していることを特徴とする、誘導加熱コイル。
7. 請求項６に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記コイル部は、前記電力供給部の厚みよりも小さい厚みを有し前記電力供給部から突出する形状に形成されており、
   前記サポート部は、前記金属積層造形法による前記誘導加熱コイルの形成時に、前記所定の部分としての前記コイル部を支持するように形成されていることを特徴とする、誘導加熱コイル。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記冷媒通路は、前記コイル部によって誘導加熱された前記被処理物を冷却するための被処理物用冷媒が通過する第２冷媒通路であり、
   前記コイル部を冷却するための冷媒が通過する第１冷媒通路をさらに備え、
   前記第１冷媒通路は、前記コイル部に形成されたコイル部側第１通路を含み、
   前記コイル部側第１通路は、起伏部を有し、
   前記起伏部は、前記コイル部の周方向に沿って進むに従い、前記コイル部の厚み方向に起伏するように延びていることを特徴とする、誘導加熱コイル。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の誘導加熱コイルであって、
   前記冷媒通路は、前記コイル部によって誘導加熱された前記被処理物を冷却するための被処理物用冷媒が通過する第２冷媒通路であり、
   前記第２冷媒通路に接続された噴射ノズルをさらに備え、
   前記噴射ノズルは、前記コイル部が前記被処理物の熱処理時に前記被処理物と対向する部分に向けて開放されており、前記被処理物用冷媒を前記被処理物へ噴射可能であることを特徴とする、誘導加熱コイル。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の誘導加熱コイルであって、
    前記コイル部、前記電力供給部、および、前記冷媒通路は、単一の部材を用いて一体に形成されていることを特徴とする、誘導加熱コイル。

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