JP7223460B1 - 高周波加熱装置用の加熱コイル - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物に対して広い範囲で効率よく焼き入れを施すことが可能であり、高周波電源の出力を高くした場合でも、破損しにくい上、製造時に同一特性のものを再現性良く安価かつ容易に製造することができる高周波加熱装置用の加熱コイルを提供する。【解決手段】加熱コイル１は、三次元データに基づいて導電性物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法を用いて一体的に形成されており、高周波電流を生じさせる電極に当着させるための一対の板状の接地部２ａ，２ｂと、各接地部２ａ，２ｂに対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部３ａ，３ｂと、それらの支持部３ａ，３ｂの先端同士を繋ぐように設けられた一連の周状の加熱部４とを有している。そして、当該加熱部４の内周縁には、加熱部４の中心からの放射方向に沿うように３つ没入部分（スリット状部分５，５・・）が形成されている。【選択図】図２

Description

特許法第３０条第２項適用 展示日時：令和 ３年 ４月 ７日 展示会名：名古屋ものづくりワールド２０２１ 第３回名古屋 次世代３Ｄプリンタ展 開催場所：ポートメッセ名古屋

本発明は、高周波電流による電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための高周波加熱装置に用いられる加熱コイルに関するものである。

金属製の被加工物（ワーク）の表面際の部分の硬さを高めるために、金属の変態点（オーステナイト変態点）以上の温度まで被加工物の表面を加熱した後に急冷する加工（所謂、焼入れ加工）が行われている。そして、そのような焼き入れ加工を行うための方法として、高周波加熱装置を用いて、高周波電流を流した金属製で環状の部材（加熱コイル）を被加工物の表面に近接させて、電磁誘導により発生した熱によって被加工物を加熱する方法が広く採用されている（特許文献１）。

特開２０２０－１１５４２８号公報

しかしながら、特許文献１の如き金属製で環状の加熱コイルを用いて被加工物の焼き入れ加工を行うと、印加された高周波電流が、環状の加熱コイルの内周縁際のみを流れてしまうため、被加工物に対して広い範囲で焼き入れを施すのが困難である。また、特許文献１の如き従来の加熱コイルは、複数の部品を銀ロウ等で接着することによって形成しなければならないため、高い出力条件の下で（高電圧の高周波電源を印加する加工条件で）使用し続けると、破損して冷却媒体が漏れ出す事態が発生し易い。さらに、特許文献１の如き従来の加熱コイルは、複数の部品をロウ付けすることによって形成しなければならないため、製造時に同一特性のものを再現性良く製造することが困難であり、そのことに起因して、加熱される被加工物の品質にバラツキを生じてしまう、という不具合もあった。

本発明の目的は、上記した従来の高周波加熱処理用の加熱コイルの問題点を解消し、被加工物に対して広い範囲で効率よく焼き入れを施すことが可能であり、高周波電源の出力を高くした場合でも、破損しにくい上、製造時に同一特性のものを再現性良く安価かつ容易に製造することができる高周波加熱装置用の加熱コイルを提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、高周波電流による電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための高周波加熱装置に用いる加熱コイルであって、三次元データに基づいて電導物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法（以下、導電性物質粉末層の部分溶着積層方法という）、あるいは、三次元データに基づいて溶融させた導電性物質を積層する造形方法（以下、導電性物質の溶融押出積層方法という）を用いて一体的に形成されたものであり、高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部と、前記各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部と、それらの支持部の先端同士を繋ぐように設けられた一連の周状の加熱部とを有しており、前記加熱部が、上側に配置された円弧状の上周状加熱体と下側に配置された円弧状の下周状加熱体とを２本の鉛直な柱状加熱体によって連結した形状を有するものであり、前記下周状加熱体の内周縁に、少なくとも１つ以上のスリット状の没入部分が、下周状加熱体の中心からの放射方向に沿うように、かつ、下周状加熱体の周縁まで至らないように形成されているとともに、前記各柱状加熱体の下端の前記下周状加熱体との連結部分に、前記スリット状の没入部分と同じ長さのスリット状部分が、水平状に、かつ、各柱状加熱体を横断するように形成されており、それらのスリット状部分の下面が、前記下周状加熱体の上面と同一面を形成した状態になっていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記スリット状の没入部分の幅が、５．０ｍｍ以上であることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１～３のいずれかに記載された発明において、前記各接地部、前記各支持部および前記加熱部の内部に、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の高周波加熱装置用の加熱コイル（以下、単に加熱コイルという）は、一連の周状の加熱部の内周縁に、加熱部の中心からの放射方向に沿うように少なくとも１つ以上の没入部分が形成されているので、印加された電流が加熱部の内周縁際のみならず、没入部分の周囲（外周際）をも流れるため、被加工物に対して広い範囲に亘って効率的に焼き入れを施すことができる。

また、請求項１に記載の加熱コイルは、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法あるいは導電性物質の溶融押出積層方法によって形成されるものであるため、一連の周状の加熱部が没入部分を設けた複雑な形状を有しているにも拘わらず、安価かつ非常に容易に製造することができる上、同一形状、同一特性を有する製品を、製造作業者の技量に左右されることなく再現性良く効率的に製造することができる。さらに、請求項１に記載の加熱コイルは、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法あるいは導電性物質の溶融押出積層方法によって形成されるものであるので、従来の加熱コイルのように銀ロウによる接着部分が存在しないため、連続使用により温度が上昇しても変形したりせず、長期間に亘って規格通りの加熱処理（焼入れ処理）を実施することができる。

また、請求項１に記載の加熱コイルは、没入部分がスリット状のものであるため、印加された電流が加熱部の内周縁際とスリット状の没入部分の周囲とにバランス良く分岐するため、被加工物に対して広い範囲に亘って非常に効果的に焼き入れを施すことができる。

請求項２に記載の加熱コイルは、スリット状の没入部分の幅が所定の幅以上に調整されているため、高い電圧を印加した場合でも、スリットを横切るような放電が生じたりしないので、被加工物の広い範囲に亘って確実に焼き入れを施すことができる。

請求項３に記載の加熱コイルは、一連の周状の加熱部の内部のみならず、各接地部および各支持部の内部にも、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が形成されており、被加工物の加熱処理中に加熱部のみならず接地部および支持部も同時に冷却されるため、長時間に亘って高温のまま保持される部分が生じない。それゆえ、請求項３に記載の加熱コイルは、絶縁板の炭化・劣化等に起因した絶縁破壊や特定の部分への応力集中による破損等の事態が起こりにくいため、耐久性に優れており、高い出力条件の下でも長期間に亘って被加工物への加熱処理を繰り返すことができる。

加熱コイルの加熱部に電流が流れる様子を示す説明図（平面図）である。 加熱コイルの斜視図である。 加熱コイルの平面図（内部の冷却媒体流下路を透視した平面図）である。 加熱コイルの右側面図（内部の冷却媒体流下路を透視した右側面図）である。 加熱コイルの接地部分の鉛直断面図（図３におけるＡ－Ａ線端面図）である。 加熱コイルの加熱部の下周状加熱体の平面図（図４におけるＢ－Ｂ線断面図）である。 加熱コイルの加熱部の下周状加熱体の鉛直断面図（図６におけるＣ－Ｃ線断面図）である。 加熱コイルを製造する様子を示す説明図である（ａは平面図であり、ｂは鉛直断面図である）。 加熱コイルの使用状態を示す説明図（加熱部の右側面図）である。 加熱コイルの変更例を示す説明図（平面図）である。

本発明に係る加熱コイルは、三次元プリンタを利用して三次元データに基づく造形方法によって一体的に形成されたものであることが必要である。かかる造形方法としては、三次元データに基づいて導電性物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法（導電性物質粉末層の部分溶着積層方法）、あるいは、三次元データに基づいて溶融させた導電性物質を積層する造形方法（導電性物質の溶融押出積層方法）を採用することができる。なお、加熱コイルの造形方法として、導電性物質粉末層の部分溶着積層方法を用いると、複雑な形状・構造を有する加熱コイルを容易に製造することが可能となるので好ましい。

本発明において造形の原料として用いる導電性物質とは、実質的に磁性を有しておらず、かつ、良好な導電性を有する物質のことを言う。かかる導電性物質としては、銅、黄銅、銀等を挙げることができる。それらの導電性物質の中でも、銅を用いると、材料費等のコストの低減が可能となり、加熱コイルを三次元プリンタによって安価かつ容易に製造することが可能となる上、導電性がきわめて良好なものとなり、電磁誘導による発熱効率が高いものとなるので好ましい。

また、導電性物質として銅を用いる場合には、純銅を用いることも可能であるが、銅に、鉄、スズ、ニッケル、チタン、ベリリウム、ジルコニウム、クロム、ケイ素等を銅に比べて少ない割合で含有させた合金（高銅合金）を用いると、レーザの吸収を高めて温度上昇を促進することが可能となるので好ましい。さらに、それらの銅合金の中でも、銅にクロムを含有させた銅クロム合金を用いると、三次元プリンタによる製造効率を高く維持したまま加熱コイルの強度を効果的に高めることが可能となるのでより好ましく、銅に所定の割合でクロムおよびジルコニウムを含有させた合金（たとえば、９８．７１～９９．４５質量％の銅と、０．５０～１．００質量％のクロムと、０．０５～０．２５質量％のジルコニウムとを含有するもの（高銅合金）等）を用いると、特に好ましい。

導電性物質粉末層の部分溶着積層方法を利用して本発明に係る加熱コイルを造形する場合には、敷設された造形の原料（すなわち、導電性物質からなる粉末）をレーザあるいは電子ビームの照射によって溶融させる必要がある。その際のレーザとしては、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ等を好適に用いることができるが、ファイバレーザ（すなわち、Ｙｂ等の希土類元素を添加した光ファイバをレーザ媒質として用いるレーザ）を用いると、小型の装置により高い出力で光軸にずれのないレーザ光を得ることが可能となり、寸法精度の高い加熱コイルを非常に効率良く製造することが可能となるので好ましい。

また、導電性物質粉末層の部分溶着積層方法により加熱コイルを造形する場合のファイバレーザの出力、波長は、特に限定されないが、出力を４００～１，０００ｗの範囲内に調整し、波長を１，０００～１，１００ｎｍの範囲内に調整すると、短時間での効率的な造形が可能となるので好ましい。また、導電性物質として銅（純銅）を用いる場合には、銅粉末におけるレーザの吸光率を向上させて加熱コイルの製造効率を高めるために、銅粉末中に、黒鉛と無機酸化物との混合粉末等からなる吸収剤を添加することも可能である。

また、本発明に係る加熱コイルは、高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部と、各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部と、それらの支持部の先端同士を繋ぐように設けられた一連の周状の加熱部とを有していることが必要である。各支持部は、各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状（あるいは棒状）のものであれば、その形状は特に限定されないが、電力印加時に放電現象が生じないように角部を面取りしたものであると好ましい。

一方、加熱部は、一連の周状に形成されていることが必要であるが、円環状のものに限定されず、非円環状（たとえば、平面視が矩形のリング状）のもの、円環の一部を成す形状（すなわち、円弧状）のもの、矩形あるいは多角形状のリングの一部を成す形状のもの等でも良い。加えて、上下に配置された複数の円環状体、非円環状体（平面視が矩形のリング状体等）、円弧状体、矩形あるいは多角形状のリングの一部を成す形状体を、１本あるいは複数本の鉛直な柱状体等で連結した形状を有するもの等でも良い。

そして、本発明に係る加熱コイルにおいては、その一連の周状の加熱部の内周縁に、加熱部の中心からの放射方向に沿うように少なくとも１つ以上の没入部分が形成されていることが必要である。そのように、一連の周状の加熱部の内周縁に、没入部分を形成することによって、図１の如く、電流を印加した際に、電流が加熱部Ｈの内周縁際のみならず、スリット状部分の周囲（外周際）をも流れるようになるため（図１の矢印）、被加工物Ｗに対して広い範囲で（すなわち、被加工物Ｗの径方向において広い幅で）効率良く焼き入れ加工を施すことが可能となる。

上記した没入部分の形状は、特に限定されないが、図１の如きスリット状のものであると、印加された電流が加熱部の内周縁際とスリット状の没入部分の周囲とにバランス良く分岐し、被加工物に対して広い範囲に亘って非常に効果的に焼き入れを施すことが可能となるので好ましい。また、没入部分をスリット状に形成する場合には、当該スリット状部分の形状も、特に限定されないが、長さが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であると好ましい。スリット状部分の長さが５ｍｍ未満であると、広い範囲で効率的に焼き入れ加工を施すことが困難であるので好ましくなく、反対に、スリット状部分の長さが５０ｍｍを上回ると、電流が加熱部の内周縁際を流れにくくなり、却って焼き入れ加工の効率が低下してしまうので好ましくない。また、スリット状部分の幅は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であると好ましい。スリット状部分の幅が５ｍｍ未満であると、印加する電圧によってはスリットを横切るような放電が生じてしまい、焼き入れ加工可能な幅が狭くなるので好ましくなく、反対に、スリット状部分の長さが３０ｍｍを上回ると、電流が加熱部の内周縁際を流れにくくなり、却って焼き入れ加工の効率が低下してしまうので好ましくない。

加えて、スリット状部分の本数も、特に限定されないが、等間隔に（一連の周状の加熱コイルの中心に対して等しい角度毎に）２～６本設けるのが好ましい。スリット状部分の本数が１本であると、加熱部の内周縁際以外の部分を流れる電流の割合が少なくなり、広い範囲に効率的に焼き入れ加工を施すことが困難となるので好ましくなく、反対に、スリット状部分の本数が７本以上であると、電流が加熱部の内周縁際を流れにくくなり、却って焼き入れ加工の効率が低下してしまうので好ましくない。上記の如く、スリットの本数やサイズ（長さや幅）を調整することによって、加熱範囲をコントロールすることが可能となる。

また、一連の周状の加熱部は、加熱後の被加工物の冷却や加熱部自体の冷却を行うための冷却媒体流下路を設けたものであると好ましい。さらに、当該冷却媒体流下路には、加熱後の被加工物に冷却媒体を噴射するための複数の噴射孔を設けることも可能である。そのような噴射孔を設けることによって、加熱後の被加工物の冷却効率を一層向上させることが可能となる。

加えて、本発明に係る加熱コイルは、各支持部の内部、あるいは、各接地部および各支持部の内部にも、加熱部の内部の冷却媒体流下路と連なるように、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路を形成したものであると好ましい。当該冷却媒体流下路は、左右の接地部、左右の支持部および加熱部の内部を繋ぐように設けられた単一のものでも良いし、加熱コイルの左右において、それぞれ、接地部、支持部および加熱部の内部を繋ぐように設けられた２本のものでも良い。加えて、冷却媒体流下路を、内壁に継ぎ目や所定の高さ以上（１．０ｍｍ以上）の段差のないものや、屈曲部分、連結部分がなだらかな曲線状（曲率半径が５ｍｍ以上の曲線状）に形成されたものとすると、冷却媒体の流下態様が非常にスムーズなものとなり、加熱コイルの加熱部、接地部や支持部の冷却効率がきわめて良好なものとなるので好ましい。

本発明に係る加熱コイルは、上記の如く、一連の周状の加熱部の内周縁に没入部分が形成されており、一連の周状の加熱部の形状が複雑であるにも拘わらず、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法あるいは導電性物質の溶融押出積層方法によって形成されるものであるため、非常に容易に製造することができる。

［実施例１］
＜加熱コイルの構造＞
以下、本発明に係る加熱コイルの一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図２～図７は、加熱コイルを示したものであり、加熱コイル１は、銅合金（高銅合金）によって一体的に形成されたコイル本体２１、絶縁性および耐熱性を有する合成樹脂（フッ素樹脂）によってシート状に形成された絶縁板３１、ネジ部材（図示せず）によって構成されている。そして、加熱コイル１は、縦（前後）×横（幅）×高さ＝３００ｍｍ×１５０ｍｍ×１００ｍｍ（縦、横、高さとも最大部分の長さ）の大きさを有している。

コイル本体２１は、後述する三次元プリンタを利用した造形方法によって成形されたものであり、高周波電源の電極に当着させるための接地部２ａ，２ｂ、誘導加熱により被加工物（ワーク）を加熱するための一連の周状の加熱部４、および、各接地部２ａ，２ｂから離れた位置で加熱部４を支持するための支持部３ａ，３ｂを有している。なお、コイル本体２１は、三次元プリンタを利用した造形方法によって成形されているため、全体が同一色を呈しており、表面全体が同じ粗度（表面粗さ）になっている。

各接地部２ａ，２ｂは、左右一対の扁平な直方体状（板状）に形成されており、片方の側面を向かい合わせた状態で、所定の距離（約２ｍｍ）を隔てて左右に隣り合うように配置されている。また、各接地部２ａ，２ｂの上面には、それぞれ、円筒形の注入管７ａ，７ｂが側方に突出するように設けられている。

また、各支持部３ａ，３ｂは、左右一対の扁平な直方体状（板状）に形成されており、片方の板面を向かい合わせた状態で、所定の距離（約２ｍｍ）を隔てて左右に隣り合うように配置されている。そして、各支持部３ａ，３ｂの基端縁の部分が、左右の接地部２ａ，２ｂの内側の端縁際に連なり、各支持部３ａ，３ｂの板面が、各接地部２ａ，２ｂの板面に対して直交した状態になっている。

＜加熱部の構造＞
一方、加熱部４は、被加工物を挿入させた状態（近接させた状態）で加熱するためのものであり、上側に配置された左右の円弧状（略１／３の円弧状）の上周状加熱体９ａ，９ｂと下側に配置された円弧状（略２／３の円弧状）の下周状加熱体１０とを、それぞれ、外側の端縁際において、２本の鉛直な柱状加熱体１１ａ，１１ｂによって連結した形状（繋いだ形状）を有している。なお、左右の上周状加熱体９ａ，９ｂは、内側の板面を向かい合わせた状態で、所定の距離（約２ｍｍ）を隔てて左右に隣り合うように配置されており、一つの円弧（略２／３の円弧）を形成した状態になっている。また、平面視において、上周状加熱体９ａ，９ｂと、下周状加熱体１０とが、同心円状に配置された状態になっている。加えて、上周状加熱体９ａ，９ｂと下周状加熱体１０とは、約２０ｍｍの距離を隔てて平行に配置された状態になっている。そして、各上周状加熱体９ａ，９ｂが、それぞれ、管状の連結体１２ａ，１２ｂを介して左右の支持部３ａ，３ｂの先端と繋がった状態になっている。

また、図７の如く、下周状加熱体１０の下面は、被加工物の表面に沿うように、中心から外側に向かって下向きに傾斜した状態（テーパ面１６を形成した状態）になっている。そして、下周状加熱体１０の内周縁には、加熱部４の中心からの放射方向に沿うように、没入部分として機能する３つのスリット状部分５，５・・が形成されており、下周状加熱体１０の上面から下面まで縦断した状態（貫通した状態）になっている。各スリット状部分５，５・・の長さ（加熱部４の中心からの放射方向に沿った長さ）は、約５０ｍｍになっており、各スリット状部分５，５・・の幅（加熱部４の中心からの放射方向に対して垂直な方向における幅）は、約５．０ｍｍになっている。加えて、左右の柱状加熱体１１ａ，１１ｂの下端（下周状加熱体１０の左右の外側の端縁との連結部分）にも、長さ（加熱部４の中心からの放射方向に沿った長さ）×高さ（上下方向の幅）＝約５０ｍｍ×５．０ｍｍのスリット状部分１７が水平状に形成されており、各柱状加熱体１１ａ，１１ｂの下端を横断した状態（貫通した状態）になっている。そして、それらのスリット状部分１７，１７の下面が、下周状加熱体１０の上面と同一面を形成した状態になっている。

加えて、加熱コイル１は、加熱部４（すなわち、上周状加熱体９ａ，９ｂ、下周状加熱体１０、および、柱状加熱体１１ａ，１１ｂ）の内部に、冷却用の媒体（水）を流下させるための冷却媒体流下路６ａ，６ｂが形成されている（すなわち、上周状加熱体９ａ，９ｂ、下周状加熱体１０、および、柱状加熱体１１ａ，１１ｂが筒状になっている）。また、加熱部４の左外側には、冷却媒体流下路６ａ，６ｂの内部を流下した冷却媒体を排出するための２本の排出管１３ａ，１３ｂが付設されている。

さらに、加熱コイル１は、加熱部４のみならず、連結体１２ａ，１２ｂ、接地部２ａ，２ｂおよび支持部３ａ，３ｂの内部にも、加熱部４の内部と連なるように、冷却用の媒体を流下させるための左右２つの一連の冷却媒体流下路６ａ，６ｂが形成されている。すなわち、左側の冷却媒体流下路６ａは、左側の注入管７ａから、左側の接地部２ａの内部、左側の支持部３ａの内部、左側の連結体１２ａの内部、左側の上周状加熱体９ａの内部および左後方の柱状加熱体１１ａの内部を経由して、排出管１３ａに至っている。一方、右側の冷却媒体流下路６ｂは、右側の注入管７ｂから、右側の接地部２ｂの内部、右側の支持部３ｂの内部、右側の連結体１２ｂの内部、右側の上周状加熱体９ｂの内部、右後方の柱状加熱体１１ｂの内部および下周状加熱体１０の内部を経由して、排出管１３ｂに至っている。なお、左側の冷却媒体流下路６ａ、右側の冷却媒体流下路６ｂとも、それぞれ、左右の接地部２ａ，２ｂの内部において、一旦、３本に分岐しており（６α，６β，６γ）、それぞれ、別々に左右の支持部３ａ，３ｂの内部に導かれた後に、各支持部３ａ，３ｂの内部において１本に結束して、左右の連結体１２ａ，１２ｂを介して加熱部４の内部に至っている。

また、加熱コイル１は、三次元プリンタによって一体的に形成されたものであるため、左右の冷却媒体流下路６ａ，６ｂとも、すべての屈曲部分、連結部分がなだらかな曲線状（曲率半径が５ｍｍ以上の曲線状）に形成されており、急峻な折れ曲がり形状が形成されていない状態になっている。加えて、左右の冷却媒体流下路６ａ，６ｂとも、内壁に継ぎ目や所定の高さ（１．０ｍｍ）以上の段差が形成されていない状態になっている。

さらに、コイル本体２１の左右の接地部２ａ，２ｂの間、左右の支持部３ａ，３ｂの間、加熱部４の左右の基端部分の間には、所定の厚み（約２．０ｍｍ）のシート状の絶縁板３１が挟み込まれており、その状態で、左右の支持部３ａ，３ｂおよび絶縁板３１が、ネジ孔８，８を挿通させたボルト（いずれも図示せず）によって螺着されている。なお、それらのボルトは、絶縁性・耐熱性を有する合成樹脂（ガラスエポキシ樹脂）製のブッシュ（図示せず）を介して支持部３ａ，３ｂおよび絶縁板３１を螺着した状態になっており、当該ボルトを介して支持部３ａ，３ｂ同士が導通しないようになっている。

＜加熱コイルの製造方法＞
図８は、加熱コイル１（コイル本体２１）を形成する様子を示したものであり、加熱コイル１を形成するための三次元プリンタ装置Ｍは、中央に直方体状の凹状部を形成してなるフレームＦ、そのフレームＦに対して昇降可能に設けられた昇降部材、レーザＬを照射するための照射手段Ｓ、レーザを反射させるための反射手段Ｒ、昇降部材を昇降させるための駆動手段（図示せず）等を有している。そして、昇降部材には、フレームＦの凹状部の開口部分と略同一の面積を有するテーブルＴが設けられている。

三次元プリンタ装置Ｍにより加熱コイル１を製造する際には、まず、上昇位置にある昇降部材のテーブルＴの表面に、銅合金（高銅合金）の粉末を、所定の厚み（たとえば、３０μｍ）になるように敷設する（テーブルＴの表面とフレームＦの外枠の表面とのギャップだけ銅粉末を敷き詰める）。そして、その銅合金粉末に対して、所定の出力のレーザ（ファイバレーザ）Ｌを所定の形状に照射して銅合金粉末の一部を溶融させ、冷却して凝固させることによって、加熱コイル１の一部を形成する。

上記の如く、加熱コイル１の一部を形成した後には、駆動手段により昇降部材のテーブルＴを所定の高さ（たとえば、３０μｍ）だけ降下させる。そして、その高さ位置において、“先に形成された加熱コイル１の一部の上側での銅合金粉末の敷設→銅合金粉末に対するレーザＬの照射→溶融した銅合金の冷却・固化（凝固による固化）”という動作を繰り返す。そして、上記の如く、“昇降部材のテーブルＴを降下→銅合金粉末の敷設→銅合金粉末に対するレーザＬの照射→溶融した銅合金の冷却・固化”という動作を、所定の回数（たとえば、５，０００回）だけ繰り返すことによって、銅合金からなる加熱コイル１を一体的に形成することができる。

＜加熱コイルの使用方法＞
上記の如く構成された加熱コイル１は、左右の接地部２ａ，２ｂを電極に接地させ、図９の如く、一連の周状の加熱部４の内部に、被加工物Ｗ（大径の球面状部分の上側の中央から小径の円柱状部分を突出させた形状を有するもの等）を挿入させた状態で、電極を介して外部電源（高周波電源）を投入し、電磁誘導現象を利用して、被加工物Ｗを加熱する（焼き入れる）ことができる。また、左右の注入管７ａ，７ｂから冷却媒体（水）を左右の接地部２ａ，２ｂの内部の冷却媒体流下路６ａ，６ｂに注入して加熱部４の内部を通過させた後に排水管１３ａ，１３ｂから排水することで、加熱部４および支持部３ａ，３ｂを効率的に冷却することによって、絶縁板３１の溶融による損傷等を精度良く防止することができる。

＜加熱コイルの効果＞
加熱コイル１は、上記の如く、高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部２ａ，２ｂと、各接地部２ａ，２ｂに対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部３ａ，３ｂと、それらの支持部３ａ，３ｂの先端同士を繋ぐように設けられた一連の周状の加熱部４とを有しており、当該加熱部４の内周縁に、加熱部の中心からの放射方向に沿うように少なくとも１つ以上の没入部分（スリット状部分５，５・・）が形成されている。したがって、加熱コイル１によれば、印加された電流が加熱部４の内周縁際のみならず、スリット状部分５，５・・の周囲（外周際）をも流れるため、被加工物Ｗに対して広い範囲に亘って効率的に焼き入れを施すことができる。

また、加熱コイル１は、三次元プリンタ装置Ｍを用いた造形方法（すなわち、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法）によって形成されるものであるため、一連の周状の加熱部４が複雑な形状を有しているにも拘わらず、非常に容易に製造することができる上、同一形状、同一特性を有する製品を、製造作業者の技量に左右されることなく再現性良く効率的に製造することができる。さらに、加熱コイル１は、三次元プリンタ装置Ｍを用いた造形方法によって形成されるものであるので、従来の加熱コイルのように銀ロウによる接着部分が存在しないため、連続使用により温度が上昇しても変形したりせず、長期間に亘って規格通りの加熱処理（焼入れ処理）を実施することができる。

さらに、加熱コイル１は、没入部分がスリット状のもの（スリット状部分５，５・・）であるため、印加された電流が加熱部４の内周縁際とスリット状部分５，５・・の周囲とにバランス良く分岐するため（すなわち、スリット状部分５，５・・の周囲のみを通過したりしないため）、被加工物Ｗに対して広い範囲に亘って非常に効果的に焼き入れを施すことができる。

加えて、加熱コイル１は、各スリット状部分５，５・・の幅が５．０ｍｍ以上であるため、高い電圧を印加する場合でも、各スリット状部分５，５・・を横切るような放電が生じたりしないので、被加工物Ｗの広い範囲に亘って確実に焼き入れを施すことができる。

さらに、加熱コイル１は、上記の如く、加熱部４の内部のみならず、各接地部２ａ，２ｂおよび各支持部３ａ，３ｂの内部にも、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路６ａ，６ｂが形成されているので、被加工物Ｗの加熱処理中に加熱部４のみならず各接地部２ａ，２ｂおよび各支持部３ａ，３ｂも同時に冷却され、長時間に亘って高温のまま保持される事態が生じない。それゆえ、加熱コイル１は、絶縁板３１の炭化・劣化に起因した絶縁破壊や特定の部分への応力集中による破損等の事態が起こらないため、耐久性に優れており、高い出力条件の下でも長期間に亘って被加工物Ｗへの加熱処理を繰り返すことができる。

＜加熱コイルの変更例＞
本発明に係る加熱コイルは、上記した実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、材質や、接地部、支持部、加熱部、スリット状部分（没入部分）、冷却媒体流下路の形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、加熱コイルの加熱部は、上記実施形態の如く、上側に配置された左右の円弧状の上周状加熱体と下側に配置された円弧状の下周状加熱体とを、それぞれ、外側の端縁際において、２本の鉛直な柱状加熱体によって連結した形状を有するものに限定されず、単純な円環状であるもの、平面視矩形の周状であるものや、分割した円環状体や周状体を上下に水平に配置させて鉛直な柱状体（上下方向に伸長した柱状体）によって連結してなるもの等に変更することも可能である。

また、加熱部に設ける没入部分は、上記実施形態の如く、スリット状のものに限定されず、図１０（ａ）の如き略半円柱状のものや、図１０（ｂ）の如き角柱状（三角柱や四角柱等）のもの等に変更することも可能である。

さらに、加熱部は、上記実施形態の如く、加熱部内に単一の冷却媒体流下路を設けたものに限定されず、加熱後の被加工物の冷却のための第一冷却媒体流下路と加熱後の加熱部自体の冷却のための第二冷却媒体流下路とを別々に設けたものでも良い。かかる構成を採用した場合には、加熱後の被加工物の冷却および加熱部自体の冷却をより効率的に行うことが可能となる。加えて、冷却媒体流下路は、上記実施形態の如く、接地部および支持部の内部で３本に分岐したものに限定されず、分岐していないもの、接地部および支持部の内部で２本あるいは４本以上に分岐したもの、接地部あるいは支持部のいずれかの内部のみで複数本に分岐したもの等に変更することも可能である。

また、本発明に係る加熱コイルは、上記実施形態の如く、冷却媒体流下路が単純な直線状や曲線状であるものに限定されず、冷却媒体流下路がジグザグに屈曲した（蛇行した）形状であるもの等に変更することも可能である。かかる構成を採用した場合には、加熱後の支持部や接地部の冷却を一掃効率的に行うことが可能となる。

加えて、本発明に係る加熱コイルは、上記実施形態の如く、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ）からなる絶縁板によって一対の接地部および一対の支持部が絶縁されているものに限定されず、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の絶縁性および耐熱性を有する他の合成樹脂からなる絶縁板によって一対の接地部および一対の支持部が絶縁されているもの等に変更することも可能である。

加えて、本発明に係る加熱コイルは、全体の形状・大きさ、加熱部の形状（全体の形状、被加工物と対向するテーパ面の角度、スリットの形状・大きさ等）、接地部の形状・大きさ、支持部の形状・大きさ、シート状の絶縁板の種類（素材）・厚み、絶縁板を挟み込むためのボルトの本数等も、上記実施形態の態様に何ら限定されず、焼き入れ加工するワークの形状等に応じて適宜変更することができる。

本発明に係る加熱コイルは、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための部材として好適に用いることができる。

１・・加熱コイル
２ａ，２ｂ・・接地部
３ａ，３ｂ・・支持部
４・・加熱部
５・・スリット状部分（没入部分）
６ａ，６ｂ・・冷却媒体流下路
７ａ，７ｂ・・注入管
１３ａ，１３ｂ・・排水管

Claims (3)

1. 高周波電流による電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための高周波加熱装置に用いる加熱コイルであって、
   三次元データに基づいて電導物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法、あるいは、三次元データに基づいて溶融させた導電性物質を積層する造形方法を用いて一体的に形成されたものであり、
   高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部と、
   前記各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部と、
   それらの支持部の先端同士を繋ぐように設けられた一連の周状の加熱部とを有しており、
   前記加熱部が、上側に配置された円弧状の上周状加熱体と下側に配置された円弧状の下周状加熱体とを２本の鉛直な柱状加熱体によって連結した形状を有するものであり、
   前記下周状加熱体の内周縁に、少なくとも１つ以上のスリット状の没入部分が、下周状加熱体の中心からの放射方向に沿うように、かつ、下周状加熱体の周縁まで至らないように形成されているとともに、
   前記各柱状加熱体の下端の前記下周状加熱体との連結部分に、前記スリット状の没入部分と同じ長さのスリット状部分が、水平状に、かつ、各柱状加熱体を横断するように形成されており、それらのスリット状部分の下面が、前記下周状加熱体の上面と同一面を形成した状態になっていることを特徴とする高周波加熱装置用の加熱コイル。
2. 前記スリット状の没入部分の幅が、５．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置用の加熱コイル。
3. 前記各接地部、前記各支持部および前記加熱部の内部に、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が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装置用の加熱コイル。

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