JP6440057B2 - 高周波加熱用コイル - Google Patents

Description

本発明は高周波加熱用コイルに関する。さらに詳しくは、粉末状の鉄系材料で作製された焼結体を熱処理する際などに用いられる高周波加熱用コイルに関する。

比較的複雑な形状を有する機械部品などを製造する技術として粉末冶金法がある。この方法では、鉄系材料を含む種々の組成の粉末材料を所望の形状に加圧成形し、得られた成形体（圧粉体）を加熱して焼結させる。このような成形および焼結工程を経て焼結体が製造される。

通常、前記各工程を経て得られる焼結体に対してさらに焼入れ処理などを施すことで当該焼結体の機械的強度や耐摩耗性などを向上させることが行われている。かかる焼入れ処理の手法として、誘導加熱により焼結体の所定部位を加熱する高周波加熱法がある（例えば、特許文献１参照）。

高周波加熱では、銅などの非磁性良導体で作製されたパイプを曲げてコイル状にしたものが使用される。パイプの断面形状は、通常は円形であるが、比較的大型の装置では、断面が矩形のパイプが用いられている。また、高周波加熱では、コイル自体の温度も上昇することから、当該コイル内に水やオイルなどの冷媒を流してコイルを冷却している。

特開２００２−３２２５０３号公報

しかし、従来のコイルを用いた高周波加熱装置では、間欠的に焼入れ処理を行う場合はコイルの冷却が不足する虞はほとんどないが、連続的に焼入れ処理を行うと、コイルの冷却が不十分になり当該コイルが溶損することがある。コイルが溶損してしまうと、装置を使用することができなくなる。

また、従来のコイルは、銅パイプなどを曲げてコイル状にしたものであり比較的強度が小さいので、加熱対象の焼結体などとの物理的な接触によって変形することがあった。さらに、熱によっても変形することがあった。コイルがわずかでも変形してしまうと、焼入れパターンのズレにつながり、製品の予定した部位に所定の性質を与えることができなくなる。

また、焼結体の微小な部位（例えば、焼結体に形成された小さい穴の内周面）に対して焼入れ処理が望まれる場合があるが、従来のコイルでは、前述した強度上の問題があることから、コイルを微小化することが難しかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷却効率および強度を向上させることができ、もってコイルの細径化を図ることができる高周波加熱用コイルを提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る高周波加熱用コイルは、誘導加熱により対象物を加熱する高周波加熱装置における高周波加熱用コイルであって、
前記コイルは、非磁性良導体で作製されており、
前記コイルは断面円形のパイプで構成されており、
前記パイプの内周面に周方向に沿って凸部が均一に形成されており、且つ、
前記凸部は前記パイプの周方向及び軸方向において互いに独立している。

本発明の他の態様に係る高周波加熱用コイルは、誘導加熱により対象物を加熱する高周波加熱装置における高周波加熱用コイルであって、
前記コイルは、非磁性良導体で作製されており、
前記コイルは断面円形のパイプで構成されており、
前記パイプの内部に当該パイプの断面を複数に区画する軸方向に沿った補強構造物が形成されており、且つ、
前記補強構造物は、管軸方向に垂直な横断面形状が十字状である。

上記発明によれば、冷却効率および強度を向上させることができ、もってコイルの細径化を図ることができる。

本発明の一態様に係る高周波加熱用コイルの説明図である。 図１に示される高周波加熱用コイルを構成するパイプの断面説明図である。 パイプの内面に形成される凸部の説明図である。 本発明の他の態様に係る高周波加熱用コイルの説明図である。 図４に示される高周波加熱用コイルを構成するパイプの断面説明図である。 本発明のさらに他の態様に係る高周波加熱用コイルの説明図である。 図６に示される高周波加熱用コイルを構成するパイプの断面説明図である。 パイプ内に形成される凸部の他の例の説明図である。

〔本発明の実施形態の説明〕
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係る高周波加熱用コイルは、（１）誘導加熱により対象物を加熱する高周波加熱装置における高周波加熱用コイルであって、
前記コイルは、非磁性良導体で作製されており、
前記コイルは断面円形のパイプで構成されており、
前記パイプの内周面に周方向に沿って凸部が均一に形成されており、且つ、
前記凸部は前記パイプの周方向及び軸方向において互いに独立している。

本態様に係る高周波加熱用コイルでは、コイルの内面に凸部が形成されているので、当該コイル内を流れる冷媒との接触面積が大きくなる。また、凸部を形成することで、パイプ内の冷媒の流れを乱すことができ、パイプ内に供給される冷媒がパイプの内面と接触する機会を増やすことができる。このため、冷却効率を向上させることができるので、連続的に焼入れ処理を行った場合においてもコイルが溶損しにくくなる。また、コイルの内面に凸部を形成することで当該コイルの強度を向上させることができ、物理的な接触によるコイルの変形を抑えることができる。さらに、強度が向上したことにより、コイルを構成するパイプを細径化することができるので、従来よりも微小な部位の焼入れが可能となる。

本発明の他の態様に係る高周波加熱用コイルは、（２）誘導加熱により対象物を加熱する高周波加熱装置における高周波加熱用コイルであって、
前記コイルは、非磁性良導体で作製されており、
前記コイルは断面円形のパイプで構成されており、
前記パイプの内部に当該パイプの断面を複数に区画する軸方向に沿った補強構造物が形成されており、且つ、
前記補強構造物は、管軸方向に垂直な横断面形状が十字状である。

本態様に係る高周波加熱用コイルでは、コイルの内部に軸方向に沿った補強構造物が形成されているので、当該コイル内を流れる冷媒との接触面積が大きくなる。このため、冷却効率を向上させることができるので、連続的に焼入れ処理を行った場合においてもコイルが溶損しにくくなる。また、コイルの内部に軸方向に沿った補強構造物を形成することで当該コイルの強度を向上させることができ、物理的な接触によるコイルの変形を抑えることができる。さらに、強度が向上したことにより、コイルを構成するパイプを細径化することができるので、従来よりも微小な部位の焼入れが可能となる。

（３）上記（１）または（２）の高周波加熱用コイルにおいて、前記コイルは、３Ｄプリンターを用いた、非磁性良導体の粉末の積層工程および焼結工程により作製されてなることが好ましい。この場合、コイル内面の凸部やコイル内部の補強構造物を高精度に形成することができる。

（４）上記（１）の高周波加熱用コイルにおいて、前記コイルは、非磁性良導体の引き抜き加工により作製することができる。この場合、汎用の装置を用いて簡便にコイルを作製することができる。

〔本発明の実施形態の詳細〕
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の高周波加熱用コイルの実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明の一態様に係る高周波加熱用コイル１の説明図であり、図２は、図１に示される高周波加熱用コイル１を構成するパイプ２の断面説明図である。
本態様に係る高周波加熱用コイル１（以下、単に「コイル」ともいう）は、加熱対象物である焼結体３に形成された穴部４の内周面を誘導加熱により加熱するのに用いられる。コイル１を構成するパイプ２の両端には、当該パイプ２内に冷却用の水（冷媒）を流す冷却機構（図示せず）の配管５が接続されるアダプター６が設けられている。

パイプ２の内面には、三角錐状の凸部７が形成されている。凸部７の高さは、パイプ２の厚さをｔとすると、概ね０．０５〜１．５０ｔ程度である。凸部７は、図３に示されるように規則的に形成してもよいし、図示しないが、ランダムに形成してもよい。

コイル１を構成するパイプ２の内面に凸部７を形成することで、パイプ２内を流れる水との接触面積を大きくすることができる。また、凸部７を形成することで、パイプ２内の水の流れを乱すことができ、パイプ２内に供給される水がパイプ２の内面と接触する機会を増やすことができる。その結果、冷却効率を向上させることができるので、連続的に焼入れ処理を行った場合においてもコイル１が溶損しにくくなる。また、パイプ２の内面に凸部７を形成することでコイル１の強度を向上させることができ、焼結体３などとの物理的な接触によるコイル１の変形を抑えることができる。そして、パイプ２の強度を向上させたことにより当該パイプ２の細径化を図ることができ、従来よりも微小な部位の焼入れが可能となる。

本態様におけるコイル１は、３Ｄプリンターを用いて作製することができる。すなわち、３Ｄプリンターを用いて、非磁性良導体の粉末を所定のパターンに積層する工程、および積層したパターンをレーザで焼き固める工程を繰り返すことで作製することができる。３Ｄプリンターを用いてコイル１を作成することで、コイル内面の凸部を高精度に形成することができる。本明細書において「非磁性良導体」とは、実質的に磁性を有しておらず、且つ、良好な導電性を有する物質のことであり、例えば銅、銀などを例示することができる。これらの物質のうち、材料費などのコストの点より、銅を用いることが好ましい。

パイプ２の直径は、本発明において特に限定されるものではないが、通常、５．０ｍｍ〜５０．０ｍｍ程度である。また、パイプ２の厚さも、本発明において特に限定されるものではないが、通常、０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである。本態様では、前述したように、コイル１を構成するパイプ２の内面に凸部７を形成しているので、当該パイプ２を細径化することができる。したがって、従来よりも微小な部位、例えば小さな穴の内周面や狭い隅部の焼入れが可能となる。

図４は、本発明の他の態様に係る高周波加熱用コイル１１の説明図であり、図５は、図４に示される高周波加熱用コイル１１を構成するパイプ１２の断面説明図である。本態様に係るコイル１１は、加熱対象物である焼結体１３の外周面を誘導加熱により加熱するのに用いられる。

本態様では、パイプ１２の内面に当該パイプ１２の軸方向（図５において紙面貫通方向）に沿って連続する突条の凸部１７が形成されている。このように、菅軸方向に垂直な横断面の形状がどの箇所でも同じであるパイプ１２は、例えば非磁性良導体である銅の引き抜き加工により作製することができる。この場合、汎用の装置を用いて簡便にパイプ１２を作製することができる。

本態様に係るコイル１１も、図１〜３に示されるコイル１と同様に、冷却効率および強度の向上を図ることができる。また、パイプ１２を細径化することができ、従来よりも微小な部位の焼入れが可能となる。

図６は、本発明のさらに他の態様に係る高周波加熱用コイル２１の説明図であり、図７は、図６に示される高周波加熱用コイル２１を構成するパイプ２２の断面説明図である。本態様に係るコイル２１は、加熱対象物である焼結体２３の平面部を誘導加熱により加熱するのに用いられる。

本態様では、パイプ２２の内部に、菅軸方向に垂直な横断面の形状が十字状の補強構造物２４が配設されている。本態様におけるコイル２１も、図１〜３に示されるコイル１と同様に、３Ｄプリンターを用いて作製することができる。

本態様に係るコイル２１も、パイプ２２内を流れる水との接触面積を大きくすることができ冷却効率を向上させることができる。また、補強構造物２４をパイプ２２内に配設することで、当該パイプ２２の強度を向上させることができる。また、パイプ２２の強度を向上させたことにより当該パイプ２２の細径化を図ることができ、従来よりも微小な部位の焼入れが可能となる。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、パイプの内面に形成される凸部として三角錐状の凸部を例示したが、本発明における凸部はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示されるような角柱状の凸部２７も採用することもできる。また、四角錐状、半球状など他の形状を採用することも可能である。

また、前述した実施形態では、コイルを構成するパイプとして断面円形のものを例示しているが、断面が矩形のパイプを用いることもできる。
また、前述した実施形態では、加熱の対象物として焼結体を例示しているが、本発明の高周波加熱用コイルの加熱対象物はこれに限定されるものではなく、例えば鋼材などを加熱対象物とすることもできる。

１：高周波加熱用コイル
２：パイプ
３：焼結体
４：穴部
５：配管
６：アダプター
７：凸部
１１：高周波加熱用コイル
１２：パイプ
１３：焼結体
１７：凸部
２１：高周波加熱用コイル
２２：パイプ
２３：焼結体
２４：補強構造物
２７：凸部

Claims (3)

1. 誘導加熱により対象物を加熱する高周波加熱装置における高周波加熱用コイルであって、
   前記コイルは、非磁性良導体で作製されており、
   前記コイルは断面円形のパイプで構成されており、
   前記パイプの内周面に周方向に沿って凸部が均一に形成されており、且つ、
   前記凸部は前記パイプの周方向及び軸方向において互いに独立している、高周波加熱用コイル。
2. 前記コイルは、３Ｄプリンターを用いた、非磁性良導体の粉末の積層工程および焼結工程により作製されてなる、請求項１に記載の高周波加熱用コイル。
3. 前記コイルは、非磁性良導体の引き抜き加工により作製されてなる、請求項１に記載の高周波加熱用コイル。
   

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