JP7259315B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱装置に関する。

誘導加熱はワーク内部の渦電流によって内部からの発熱ができることから比較的効率が高く迅速な加熱が可能である。例えば産業分野においては、誘導加熱によってワークをその長尺方向に沿って連続的に加熱するという要望があり、閉じたループコイル内にワークを配置して加熱することが行われている。

しかしながら、ループコイルを用いた誘導加熱装置では、ワークの出し入れはループコイルの両端から行わなければならず、ワークが長い場合には相当に面倒である。これに対して、特許文献１に記載の誘導加熱装置では、Ｃ型のコイルの内側に線状ワークを入れて該線状ワークを加熱することが提案されている。これによれば、ワークはＣ型のコイルの側方解放部から着脱が可能である。なお、複数のワークを同時に加熱する場合には、ワークの数に応じて誘導加熱装置を用意している。

特開２０１６－８１９１３号公報

ところで、特許文献１に記載の誘導加熱装置では、その形状的な制約からコイルの巻き数を増やすことが困難であり、高出力化するためには相当の大電流を流すとともに、大電流に対応した冷却能力や絶縁能力が必要になる。

また、複数のワークを同時に加熱するために誘導加熱装置をワークの数に応じて複数台備えることは設置スペース、コストおよびエネルギー効率の観点から好ましくない。さらに、線状ワークを加熱する熱量調整は容易であることが望ましい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、複数の線状ワークを効率的に加熱することが可能であり、しかも線状ワークの着脱が容易な誘導加熱装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、線状ワークの加熱量調整が容易な誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる誘導加熱装置は、それぞれＸ方向に延在し、Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って平行に配列された２以上でＮ本の線状ワークを加熱する誘導加熱装置であって、Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向の一方であるＺ１方向側に設けられてＮ個のコアからなる第１コア群と、Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｚ１方向と逆側のＺ２方向側に設けられてＮ個の前記コアからなる第２コア群と、Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｚ１方向側に設けられた一対の第１コイルと、Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｚ２方向側に設けられた一対の第２コイルと、を備え、前記コアは、それぞれ架橋部から突出する一対の磁極を有し、前記第１コア群のＮ個の前記コアと前記第２コア群のＮ個の前記コアとは、前記磁極がＮ本の前記線状ワークを挟んで対向するＮ対のコア対を形成し、一対の前記第１コイルは、前記第１コア群のＮ個の前記コアにおけるＮ対の前記磁極のうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回し、一対の前記第２コイルは、前記第２コア群のＮ個の前記コアにおけるＮ対の前記磁極のうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回し、前記第１コア群および前記第２コア群の少なくとも一方は、Ｚ方向に進退可能に設けられていることを特徴とする。

Ｎ本の前記線状ワークと前記第１コア群との間に設けられた透磁性の第１仕切板と、Ｎ本の前記線状ワークと前記第２コア群との間に設けられた透磁性の第２仕切板と、をさらに備え、一対の前記第１コイルは前記第１仕切板に固定され、一対の前記第２コイルは前記第２仕切板に固定されていてもよい。

一対の前記第１コイルおよび一対の前記第２コイルは、コイル断面形状に合わせて、Ｘ方向とＹ方向とに直交するＺ方向に切欠きが設けられた位置決板によって前記第１仕切板および前記第２仕切板に対して位置決めおよび固定がなされていてもよい。

前記第１コア群のＮ個の前記コアおよび前記第２コア群のＮ個の前記コアの少なくとも一方を、対向する前記線状ワークに対して個別に進退させる移動機構を備えていてもよい。

前記磁極のＹ方向の幅は、前記線状ワークのＹ方向の幅の１．５～２．５倍であってもよい。

Ｎ本の前記線状ワークを基準としてＺ１方向側に設けられ、前記第１コア群および前記第１コイルを含む第１ユニットと、Ｎ本の前記線状ワークを基準としてＺ２方向側に設けられ、前記第２コア群および前記第２コイルを含む第２ユニットと、を備え、前記第１ユニットと前記第２ユニットとは同構造であって、Ｘ方向およびＹ方向について逆向きとなるように配置されていてもよい。

また、本発明にかかる誘導加熱装置は、Ｘ方向に延在する線状ワークを加熱する誘導加熱装置であって、前記線状ワークを基準として、Ｘ方向に直交する方向の一方であるＺ１方向側に設けられ第１コアと、前記線状ワークを基準として、Ｚ１方向と逆側のＺ２方向側に設けられて第２コアと、前記線状ワークを基準として、Ｚ１方向側に設けられた一対の第１コイルと、前記線状ワークを基準として、Ｚ２方向側に設けられた一対の第２コイルと、前記線状ワークと前記第１コアとの間に設けられた透磁性の第１仕切板と、前記線状ワークと前記第２コアとの間に設けられた透磁性の第２仕切板と、を備え、前記第１コアおよび前記第２コアは、それぞれ架橋部から突出する一対の磁極を有し、一対の前記磁極がそれぞれ前記線状ワークを挟んで対向する向きに配置され、一対の前記第１コイルは前記第１仕切板に固定され、一対の前記第２コイルは前記第２仕切板に固定され、前記第１コアと前記第２コアとは、前記線状ワークを挟んでコア対を形成し、一対の前記第１コイルは、前記第１コアにおける一対の前記磁極のうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回し、一対の前記第２コイルは、前記第２コアにおける一対の前記磁極のうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回し、前記第１コアおよび前記第２コアの少なくとも一方は、Ｚ方向に進退可能に設けられていることを特徴とする。

本発明にかかる誘導加熱装置では、各コア対は一対の磁極がＺ方向に対向配置され、この間に隙間が形成されることから、開放されたＹ方向から隙間への線状ワークの着脱が容易である。また、１本あたりの線状ワークの加熱のために環状の磁束が２か所で通過し、その２か所の両側に一対の第１コイルと一対の第２コイルとが設けられている。つまり、１本の線状ワークの加熱のために４つのコイルが分散配置されており、個別には小さい電流および少ない巻き数であっても、４つの合計では高い加熱能力が得られ、線状ワークを効率的に加熱することが可能である。

さらに、本発明にかかる誘導加熱装置では、第１コイルや第２コイルは固定されており、第１コアおよび第２コアの少なくとも一方を、Ｚ方向に進退させることにより線状ワークの加熱量調整が容易となる。

図１は、本実施形態にかかる誘導加熱装置を示す斜視図である。 図２は、コアアセンブリおよび移動機構の分解斜視図である。 図３は、誘導加熱装置における第１ユニットの正面図である。 図４は、誘導加熱装置における第１ユニットの内部を示す斜視図である。 図５は、第１コイルおよび第１コア群をＺ２方向から見た斜視図である。 図６は、第１ユニットおよび第２ユニットにおけるコイル、仕切板、位置決板を示す斜視図である。 図７は、誘導加熱装置の内部を示す側面図である。 図８は、コアおよび線状ワークをＺ方向からみた図である。 図９は、変形例にかかる誘導加熱装置を示す模式斜視図である。

以下に、本発明にかかる誘導加熱装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態にかかる誘導加熱装置１０を示す斜視図である。誘導加熱装置１０は、それぞれＸ方向に延在する５（Ｎ）本の線状ワーク１２を加熱するものである。誘導加熱装置１０は、図示しない制御部およびインバータによって制御され、通電される。

線状ワーク１２は金属材であり、それぞれ図示しないドラムに巻回されている状態から引き出された十分に長いものである。図１ではその一部を示している。５本の線状ワーク１２はＹ方向に間隔Ｌで並列しておりＸ方向の一方、例えば図１の上方に向かって連続的に移送される。５本の線状ワーク１２は、誘導加熱装置１０の前後でそれぞれガイド１４によって位置決めされている。５本の線状ワーク１２は、例えば２つの異なる加工処理部の間をＸ方向に連続的に移動しており、誘導加熱装置１０はその移動部に設けられている。本願では線状ワーク１２の「線状」とは適度に細くて長尺な形状であればよく、例えば棒状を含む。線状ワーク１２の断面形状や機械的特性（弾性など）は問わない。

なお、Ｙ方向はＸ方向に直交する方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。Ｚ方向について、図１における手前側をＺ１方向、奥側をＺ２方向とする。以下、必要に応じて図面上でＸ，Ｙ，Ｚ方向を矢印で示す。

誘導加熱装置１０は、５本の線状ワーク１２を基準として、Ｚ１方向側に設けられた第１ユニット１６Ａと、Ｚ２方向側に設けられた第２ユニット１６Ｂとを有する。

第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとは同構造である。第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとは誘導加熱装置１０の中心点Ｏ（図３、図７参照）を基準として、上下および左右（Ｘ方向およびＹ方向）について逆向きとなるように配置されている。したがって、第１ユニット１６Ａおよび第２ユニット１６Ｂは同一設計、同一要素および同一製作工程によって得られる。

第１ユニット１６Ａおよび第２ユニット１６Ｂの少なくとも一方は図示しない台に固定されている。以下、本願では第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとで構成要素の呼称を区別して説明する場合には、第１ユニット１６Ａかかる要素には大文字アルファベットの「Ａ」を付し、第２ユニット１６Ｂかかる要素には大文字アルファベットの「Ｂ」を付す。

第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとは一対の接続固定具１８により、一定幅の狭い隙間２０を形成するように固定されている。隙間２０には５本の線状ワーク１２が通っている。接続固定具１８は、第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６ＢとのＺ方向距離、すなわち隙間２０の幅を調整可能に構成されている。

接続固定具１８は、第１ユニット１６Ａに固定されたロッド把持部１８Ａと、第２ユニット１６Ｂに固定されたロッド部１８Ｂとを有する。ロッド部１８ＢからはＺ１方向に突出したロッドが設けられており、ロッド把持部１８Ａでは該ロッドを把持して固定する。ロッド把持部１８Ａによるロッドの把持を緩めると、第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６ＢとはＺ方向に変位可能となる。ロッド部１８Ｂのロッドがロッド把持部１８Ａから抜けると、第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとは完全に離間する。

誘導加熱装置１０に対して５本の線状ワーク１２を加熱位置、つまり隙間２０にセットする際には、離間した状態の第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとで５本の線状ワーク１２を挟み込み、ロッド把持部１８Ａとロッド部１８Ｂとにより隙間２０の幅を調整すればよい。また、Ｙ方向の両端に設けられた一対の接続固定具１８のうち一方を取り外しておき、接続固定具１８が取り外して開放された側から５本の線状ワーク１２を入れるようにしてもよい。

次に、第１ユニット１６Ａについて説明するが、必要に応じて第２ユニット１６Ｂの一部についても説明する。上記の通り第２ユニット１６Ｂは第１ユニット１６Ａと同じ構成である。

第１ユニット１６Ａは、四方（Ｘ方向の両側およびＹ方向の両側）を囲う枠体２２がベースとなっている。枠体２２は４枚の板材がボルトによって固定された構成である。枠体２２におけるＺ２方向の面は透磁性の第１仕切板２４Ａで覆われている。同様に、第２ユニット１６ＢにおけるＺ１方向の面は透磁性の第１仕切板２４Ａで覆われている。すなわち、隙間２０は、Ｚ方向で対向する第１仕切板２４Ａと第２仕切板２４Ｂとによって形成されている。枠体２２におけるＺ１方向の面には蓋体２５（図７参照）が設けられている。図１では枠体２２の内部が視認可能なように該蓋体２５を省略している。

枠体２２の内部には、枠体２２の内側面をＹ方向につなぐ一対のガイドプレート２６が設けられている。一対のガイドプレート２６は板材であり、上下に離間して設けられており、互いに対向する面には５つのガイド溝２８が等しい間隔Ｌで設けられている。この間隔Ｌは、線状ワーク１２の相互距離に等しい。ガイド溝２８はＺ方向に延在している。枠体２２の内部には、各ガイド溝２８に沿ってＺ方向に案内される５個のコアアセンブリ３０が設けられている。コアアセンブリ３０は等しい間隔ＬでＹ方向に並列している。

図２は、コアアセンブリ３０および移動機構４０の分解斜視図である。コアアセンブリ３０は、コア３２と、コア支持板３４と、補助板３６とを有し、一対のボルト３９によって込み立てられている。補助板３６および一対のボルト３９の少なくとも一方は絶縁材で形成されている。コア３２はいわゆる鉄心であって、例えば電磁鋼板やフェライトの積層構造である。コア３２はＹ方向視で、架橋部３２ｄと、該架橋部３２ｄの両端から突出する一対の磁極３２ａとを有する。一対の磁極３２ａはそれぞれ線状ワーク１２に対向する向きに配置される（図７参照）。コア３２は、架橋部３２ｄから窪み３２ｂを挟んで一対の磁極３２ａがＺ２方向を指向して突出する形状であればよく、例えば「コ」字形状や「Ｕ」字形状を含む。コア３２の上部両端にはボルト３９を避ける切欠３２ｃが形成されている。

コア支持板３４は、コアアセンブリ３０のベースとなる部分であり、窪み３４ａと、一対のボルト孔３４ｂと、雌ネジ部３４ｃとを有する。コア３２の上部は窪み３４ａに嵌まり込んで位置決めされる。ボルト孔３４ｂはボルト３９が螺合する部分である。雌ネジ部３４ｃは移動機構４０と組み合される部分であり、Ｚ１方向の端面に形成されている。コア支持板３４は熱伝導率の高い材質（例えば、アルミニウム）で形成されており、コア３２の側面に当接することによってヒートシンクとしての機能を兼ねている。

補助板３６にはＸ方向両端近傍にボルト孔３６ａが形成されている。ボルト３９は、ボルト孔３６ａを挿通し、さらにボルト孔３４ｂに螺合する。このようにして、コア３２の上部がコア支持板３４と補助板３６によって締結されてコアアセンブリ３０が形成される。

移動機構４０はコアアセンブリ３０をＺ方向に進退させる機構である。移動機構４０はモータ４０ａと、該モータ４０ａの回転軸と一体的に構成された雄ネジ部４０ｂと、モータ４０ａを支持する台座４０ｃとを有する。雄ネジ部４０ｂはコア支持板３４の雌ネジ部３４ｃに螺合する。移動機構４０は、モータ４０ａの作用下に雄ネジ部４０ｂを回転させることにより、雌ネジ部３４ｃとのボルト・ナット構造に基づいてコア支持板３４およびコアアセンブリ３０を進退させることができる。なお、移動機構４０はコアアセンブリ３０のＺ方向についての進退手段とともに、位置決め固定手段を兼ねている。

誘導加熱装置１０では、移動機構４０とは別にコアアセンブリ３０を固定するブレーキ機構６０（図７参照）を設けている。ブレーキ機構６０はガイドレール２６の両側に設けられたネジ孔６２と、該ネジ孔６２に螺合するネジ６４とからなる。コアアセンブリ３０のＺ方向位置調整は人手によって行い、適正位置となったらネジ６４を締め込むことによりコアアセンブリ３０が固定される。コアアセンブリ３０の位置決め調整は、移動機構４０とブレーキ機構６０とのいずれか一方を用いればよい。このように、ブレーキ機構６０はガイド溝２８とともに移動機構の一形態をなす。

図３は、誘導加熱装置１０における第１ユニット１６Ａの正面図である。図３では蓋体２５は省略している。第１ユニット１６Ａの内部では、５個のコアアセンブリ３０がＹ方向に並列しており、第１コア群３１Ａを構成している。各コアアセンブリ３０はコア支持板３４の長尺方向がＸ方向に沿い、磁極３２ａ（図２参照）が紙面奥の方向（Ｚ２方向）を向いて配置されている。コア支持板３４のＸ方向の両端部３４ｄは、ガイド溝２８に嵌まり込んで案内される。コアアセンブリ３０は、それぞれ両端部３４ｄがガイドプレート２６のガイド溝２８に嵌っていて独立的な動作が可能であり、それぞれ移動機構４０によってＺ方向に個別に進退する。

制御部は図示しないセンサにより、またはモータ４０ａに対する出力パルス数のカウントによってコア支持板３４のＺ方向位置を検出し、フィードバック制御によりコアアセンブリ３０の位置決めをすることができる。また後述するように、制御部は線状ワーク１２の検出温度に基づいてコアアセンブリ３０の位置決めをすることもできる。

移動機構４０の台座４０ｃは、例えば蓋体２５に取り付けられている（図７参照）。雄ネジ部４０ｂは蓋体２５に設けられた孔から枠体２２の内部に入っている。移動機構４０は、オペレータが図示しないＺ方向目盛を確認しながら正逆転操作をしてもよい。コアアセンブリ３０を進退させる機構は移動機構４０のような自動的なものに限らず、例えば雄ネジ部４０ｂに相当する部材を移動機構とし、該部材をオペレータがドライバで回すようにしてもよい。

図４は、誘導加熱装置１０における第１ユニット１６Ａの内部を示す斜視図である。図４では、第１ユニット１６Ａにおける枠体２２、蓋体２５、ガイドプレート２６を省略している。第１コア群３１Ａは、５本の線状ワーク１２を基準としてＺ１方向側に設けられている。第１ユニット１６Ａの内部には、５本の線状ワーク１２を基準として、Ｚ１方向側に設けられた一対の第１コイル４２Ａが設けられている。第１コイル４２Ａおよび後述する第２コイル４２Ｂは、制御部およびインバータの作用下に通電制御される。

図５は、第１コイル４２Ａおよび第１コア群３１ＡをＺ２方向から見た斜視図である。図５に示すように、一対の第１コイル４２Ａの一方は、第１コア群３１Ａの５個のコア３２における一対の磁極３２ａのうちＸ方向に沿った一方の５個を囲って巻回し、一対の第１コイル４２２Ａの他方は、第１コア群３１Ａの５個のコアにおける一対の磁極３２ａのうちＸ方向に沿った他方の５個を囲って巻回している。一対の第１コイル４２ＡはＹ方向に長尺な円形であり、より具体的には、磁極３２ａを挟む部分がＹ方向に平行な直線を構成し、Ｙ方向の両端部で半円形となっている。第１コイル４２Ａは、例えばＸ方向に２列でＹ方向に２段の４巻きの構成である。第１コイル４２Ａの導線は、例えば被覆銅線である。

第１コイル４２Ａは磁極３２ａに対して固定されてなく、第１コイル４２Ａの内周面と磁極３２ａとの間にはわずかな隙間が形成されている。このため、各コアアセンブリ３０と第１コイル４２Ａとは電磁的に協働して磁束を発生させることができる一方、機械的には離間している。したがって、各コアアセンブリ３０は移動機構４０（図７参照）によって個別の進退が可能となっている。また、移動機構４０はコアアセンブリ３０だけを駆動すればよいことから負荷が軽く、小出力型で足り、しかも応答性がよい。

移動機構４０がコアアセンブリ３０を進退させることにより、磁極３２ａと第１仕切板２４Ａとの空隙４３Ａ（図４、図７参照）の幅が増減する。空隙４３Ａの幅は０またはほぼ０にまで狭められる。移動機構４０には、空隙４３Ａが０になった時点でコアアセンブリ３０のＺ２方向への進出を停止させるリミッタが設けられていてもよい。仮にこのようなリミッタが設けられていなくても、磁極３２ａは第１仕切板２４Ａを超えてＺ２方向に進出することはなく、第１仕切板２４Ａは線状ワーク１２に対する保護機能を備えている。

図３に戻り、一対の第１コイル４２Ａの導線の巻回方向は互いに逆になっている。つまり、一方が時計回りに巻回され、他方が反時計回りに巻回されており、それぞれは接続端４４で接続されている。第１コイル４２Ａの一対の導線端部は枠体２２の切欠きを通って外部のインバータに接続されている。このような構成により、一対の第１コイル４２Ａではコア３２に対して一定方向の磁束を発生させることができる。なお、図１、図４、図５、図６および図８では作図の都合上、一対の第１コイル４２Ａおよび後述する一対の第２コイル４２Ｂを簡略化して表し、接続端４４および導線端部を省略している。

図６は、第１ユニット１６Ａおよび第２ユニット１６Ｂにおける第１コイル４２Ａ、第２コイル４２Ｂ、第１仕切板２４Ａ、第２仕切板２４Ｂ、位置決板４６を示す斜視図である。図６に示すように、一対の第１コイル４２Ａは、４枚の位置決板４６によって第１仕切板２４Ａに対して位置決めおよび固定がなされている。４つの位置決板４６はそれぞれＹ方向に沿って配置されている。４枚の位置決板４６のうち２枚は、５個のコアアセンブリ３０のＹ方向両端を挟む位置に配置されており、残りの２枚は５個のコアアセンブリ３０のうち中央の１つを挟む位置に配置されている（図４参照）。このように、４つの位置決板４６は互いに適度に離間して第１コイル４２ａをバランスよく位置決めしている。

位置決板４６には第１コイル４２Ａのコイル断面形状に合わせたアーチ形状の４つの切欠４６ａが設けられている。切欠き４６ａはＺ２方向の辺からＺ１方向に向かって切り欠かれている。一対の第１コイル４２ＡにおけるＸ方向両端の合計４か所がそれぞれ切欠４６ａに嵌まり込んでいる。各切欠４６ａは第１コイル４２Ａにコイルを抑えている。第１コイル４２Ａは４つの位置決板４６の４つの切欠４６ａにより、合計１６か所で固定されている。

位置決板４６は、Ｚ１方向の辺におけるＸ方向両端に段部４６ｂが形成されている。位置決板４６は、段部４６ｂがガイドプレート２６のＺ２方向端面に係合することにより固定される（図７参照）。つまり、位置決板４６は接着手段や締結手段を用いることなく第１コイル４２Ａを第１仕切板２４Ａに対して位置決めおよび固定することができ、メンテナンス時などに分解が容易である。

次に、第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとが組み合わされて構成される誘導加熱装置１０について説明する。

図７は、誘導加熱装置１０の内部の側面図である。図７では誘導加熱装置１０の内部が視認可能なように枠体２２を省略している。第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとは同じ構成であって、線状ワーク１２を基準として対称に設けられている。

図６および図７に示すように、第２ユニット１６Ｂには、第１ユニット１６Ａにおける一対の第１コイル４２Ａに相当する一対の第２コイル４２Ｂが設けられている。第２コイル４２Ｂは、５本の線状ワーク１２を基準として、Ｚ２方向側に設けられている。一対の第２コイル４２Ｂは、一対の第１コイル４２Ａと同様に４枚の位置決板４６によって第２仕切板２４Ｂに位置決めおよび固定されている。上記の通り、第１仕切板２４Ａと第２仕切板２４Ｂとの間には、線状ワーク１２が配置される隙間２０が形成されている。

また、図７に示すように、第２ユニット１６Ｂには、第２コア群３１Ｂが設けられている。第２コア群３１Ｂは、第１ユニット１６Ａにおける第１コア群３１Ａに相当し、５個のコアアセンブリ３０がＹ方向に並列している。第２コア群３１Ｂでは、コア３２の一対の磁極３２ａはＺ１方向を指向している。

一対の第２コイル４２Ｂの一方は、第２コア群３１Ｂの５個のコア３２における一対の磁極３２ａのうちＸ方向に沿った一方の５個を囲って巻回しており、一対の第２コイル４２Ｂの他方は、第２コア群３１Ｂの５個のコア３２における一対の磁極３２ａのうちＸ方向に沿った他方の５個を囲って巻回している。

図７において一対の第１コイル４２Ａおよび一対の第２コイル４２Ｂのうち上方の２つは導線の巻回方向が同じであり、下方の２つは導線の巻回方向が同じである。そして、上方の２つと下方の２つは導線の巻回方向が逆向きとなっている。

第１コア群３１Ａの５個のコア３２と第２コア群３１Ｂの５個のコア３２とは、５本の線状ワーク１２を挟んで５対のコア対４８を形成している。各コア対４８では、各々の一対の磁極３２ａが線状ワーク１２を挟んで対向している。対向する磁極３２ａ同士の間には空隙４３Ａ，４３Ｂ、第１仕切板２４Ａ、第２仕切板２４Ｂおよび隙間２０が存在する。空隙４３Ｂは第１ユニット１６Ａにおける空隙４３Ａに相当するものである。これらは微小幅であって対向する磁極３２ａ同士の距離は十分に短く、磁束Φが通過し得る。したがって、制御部およびインバータの作用下に、第１コイル４２Ａおよび第２コイル４２Ｂに通電すると、図７において太矢印で示すように、コア対４８に沿って環状の磁束Φが発生する。磁束Φは各コア対４８において個別に発生し、個別の磁束Φはそれぞれ線状ワーク１２を通り、渦電流を発生させることにより該線状ワーク１２を個別に加熱する。１本の線状ワーク１２では、環状の磁束Φが２か所で通過するため、この２か所が加熱される。

また、空隙４３Ａ，４３Ｂの各幅は移動機構４０によって個別に調整可能であり、これによって磁束Φの大きさも調整可能である。磁束Φは５対のコア対４８毎に調整可能となる。したがって、磁束Φの大きさによって線状ワーク１２の加熱量を個別に調整することができる。各線状ワーク１２の加熱量は、該線状ワーク１２の温度を検出しながら制御部によりリアルタイムで調整することが可能である。つまり、線状ワーク１２の温度が目標温度よりも高ければ空隙４３Ａ，４３Ｂを広げ、目標温度よりも低ければ空隙４３Ａ，４３Ｂを狭めればよい。空隙４３Ａと空隙４３Ｂとは同幅となるように連動させてもよいし、個別に調整してもよい。線状ワーク１２の温度は、例えば放射温度計による検出値やインバータの出力電流に基づいて判断すればよい。各線状ワーク１２の加熱量の調整は、リアルタイムに限らず、例えば通常運転前の準備運転段階で行ってもよい。

図８は、コア３２および線状ワーク１２をＺ方向からみた図である。図８では、コア３２と線状ワーク１２との間の第１仕切板２４Ａを省略している。磁極３２ａのＹ方向の幅ｗ１は、線状ワーク１２のＹ方向の幅ｗ２の２倍となっている。このように、磁極３２ａの幅ｗ１は、線状ワーク１２の幅ｗ１と比較して適度に広く形成されているため、線状ワーク１２に対して均一で安定した磁場を与えることができる。また、コア３２と線状ワーク１２とのＹ方向に関する相対的な位置が多少ずれても、磁極３２ａから生じる磁場の中に線状ワーク１２が収まって加熱が可能である。したがって、線状ワーク１２は多少の位置ずれが許容され、誘導加熱装置１０に対するセッティングが容易である。また、線状ワーク１２が振動などによってＹ方向に多少揺れることも許容される。

なお、図８の仮想線で示すように、仮に５個のコア３２をＹ方向に連続した１つの大きなコア３２ｙにまとめた構成とすると、線状ワーク１２に対向していない部分の面積が広くなってしまい、加熱に利用されることのない漏れ磁束が過大となり、エネルギー効率が低下するとともに、絶縁強度が不足することになる。したがって、磁極３２ａの幅ｗ１には上限値が設けられていることが望ましく、誘導加熱装置１０では、幅ｗ１は幅ｗ２に対して１．５～２．５倍であることが適当である。

このように構成される誘導加熱装置１０では、一対の第１コイル４２Ａは、第１コア群３１Ａの５個のコア３２における５対の磁極３２ａのうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回している。また、一対の第２コイル４２Ｂは、第２コア群３１Ｂの５個のコア３２における５対の磁極３２ａのうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回している。

このような構成によれば、各コア対４８は一対の磁極３２ａがＺ方向に沿って対向配置され、この間に第１仕切板２４Ａおよび第２仕切板２４Ｂを介して隙間２０が形成されることから、開放されたＹ方向から隙間２０への線状ワーク１２の着脱が容易である。したがって、例えば既存の生産設備で５本の線状ワーク１２が並列している箇所に対して、一対の接続固定具１８のうち一方を取り外した状態で、誘導加熱装置１０をＹ方向に沿って移動させ、線状ワーク１２が隙間２０に入るようにセットすればよい。また、第１ユニット１６Ａと第２ユニット１６Ｂとで５本の線状ワーク１２を挟んでＺ方向に対向させた状態で一対の接続固定具１８で双方を固定してもよい。このよう、誘導加熱装置１０では線状ワーク１２をセットする際に、該線状ワーク１２を途中で切ったり、または配索し直す必要がない。

また、磁束Φ（図７参照）は、狭い隙間２０以外は一対のコア３２を循環する磁路が確保されることになり、外部への漏出が少なくなり、高効率な加熱が可能となる。

さらに、第１コイル４２Ａは、コア３２の磁極３２ａを５個ずつまとめて巻回している。したがって、コア３２同士の間にはコイルがないため間隔Ｌ（図１参照）を狭くすることができ、誘導加熱装置１０の小型化を図ることができるとともに、線状ワーク１２の相互間隔を狭めることができる。

仮に、５つのコア３２に対して個別にコイルを設ける形態とすると、全て電流の位相の同期を取るか、遮蔽能力が相当高いシールド対策を施すか、または線状ワーク１２の配置間隔を相当に大きくしないと隣接するコイル３２に対して物理的に干渉せずとも互いの磁束が干渉してしまう。つまり、向かいのコア３２の先端面よりも隣接するコア３２の方が近いと、位相次第で隣接するコア３２に磁束が干渉する。磁束の干渉が発生すると、電源同士が磁気結合されて故障の原因となり、または本来の出力能力を発揮できない。本願の誘導加熱装置１０では５つのコア３２に対して共通にコイルを設けていることからこのような不都合がない。

誘導加熱装置１０では、１本の線状ワーク１２の加熱のために環状の磁束Φが２か所で通過し（図７参照）、その２か所の両側に一対の第１コイル４２Ａと一対の第２コイル４２Ｂとが設けられている。つまり、１本の線状ワーク１２の加熱のために４つのコイルが分散配置されており、個別には小さい電流および少ない巻き数であっても、４つの合計では高い加熱能力が得られる。小電流でも高い加熱能力が得られることから、誘導加熱装置１０では過剰な冷却設備が不要であり、例えば水冷式ではなく空冷式（自然空冷式または強制空冷式）で足りる。

さらに、第１ユニット１６Ａを例にすると、第１コア群３１Ａにおける各コア３２の磁極３２ａは共通の第１コイル４２Ａによって巻回されているが、各コアアセンブリ３０は第１コイル４２Ａや第２コイル４２Ｂに固定されていないため、個別にＺ方向の移動が可能であって空隙４３Ａが調整可能で、５本の線状ワーク１２に対して個別の加熱量調整が可能である。第２ユニット１６Ｂについても同様である。

さらにまた、誘導加熱装置１０では、５本の線状ワーク１２は隙間２０に配置され、第１仕切板２４Ａと第２仕切板２４Ｂとによって保護されている。したがって、線状ワーク１２が振動などによって多少Ｚ方向にずれたり揺れたりしても第１コイル４２Ａや第２コイル４２Ｂに接触することがない。各コア３２は第１仕切板２４Ａと第２仕切板２４ＢとによってＺ方向の進出が制限され、線状ワーク１２に接触することがない。このように、線状ワーク１２は第１仕切板２４Ａおよび第２仕切板２４Ｂにより構造的な干渉が生じないようになっている。

また、誘導加熱装置１０では、線状ワーク１２の本数（Ｎ）が４以下の場合にも適用可能である。例えば、図１に示す５本の線状ワーク１２のうち最も右側のものが存在せずに線状ワーク１２が４本である場合には、第１ユニット１６Ａおよび第２ユニット１６Ｂにおける最も右側のコアアセンブリ３０（つまりコア対４８）をそれぞれ取り除いておけばよい。この際、コアアセンブリ３０が５つの場合と比較して、コア対４８によるインダクタンスの変化があり得るが、空隙３４Ａおよび空隙３４Ｂの調整により対応することができる。すなわち、コア対４８を減らす場合には空隙３４Ａおよび空隙３４Ｂの少なくとも一方を増大させ、コア対４８を増やす場合には空隙３４Ａおよび空隙３４Ｂの少なくとも一方を減少させればよい。このように、誘導加熱装置１０では線状ワーク１２の本数の増減に対して簡易に適用可能となる。

なお、隙間２０はＹ方向に開口しているが、隙間２０を形成する第１仕切板２４Ａおよび第２仕切板２４Ｂは適度に広く形成されているため、異物がＹ方向の開口部から進入して線状ワーク１２に接触する可能性はきわめて小さい。

誘導加熱装置１０では、移動機構４０を用いることによりコアアセンブリ３０をＺ方向に移動させることが容易である。

なお、誘導加熱装置１０は線状ワーク１２に沿って複数台を設けてもよい。移動機構４０は第１ユニット１６Ａおよび第２ユニット１６Ｂの少なくとも一方に設けられていればよい。５個のコアアセンブリ３０の配列方向は厳密にＹ方向に沿っていなくてもよく、例えば正面視で平行四辺形を形成するようにＸ方向にずれながら多少斜めに配列していてもよい。誘導加熱装置１０で加熱する線状ワーク１２は５本に限らず、コアアセンブリ３０の数に応じて増減が可能である。線状ワーク１２が１本の場合は、次に述べる誘導加熱装置１０ａを適用できる。

図９は、変形例にかかる誘導加熱装置１０ａの模式斜視図である。誘導加熱装置１０ａは、１本の線状ワーク１２を加熱するものである。図９では上記の枠体２２、蓋体２５およびガイドプレート２６に相当する部材は省略している。誘導加熱装置１０ａは、線状ワーク１２を基準として対称な第１ユニット４９Ａと第２ユニット４９Ｂとを有する。第１ユニット４９Ａおよび第２ユニット４９Ｂは、上記の第１ユニット１６Ａおよび第２ユニット１６Ｂに相当する。

図９に示すように、１本の線状ワーク１２を加熱する場合には、コアアセンブリ３０およびコア（第１コア、第２コア）３２はＺ方向で対向する一対で足りる。誘導加熱装置１０ａでは一対の第１コイル５２Ａが第１仕切板２４Ａに固定され、一対の第２コイル５２Ｂが第２仕切板２４Ｂに固定されている。一対の第１コイル５２Ａおよび一対の第２コイル５２Ｂは、それぞれ一対の磁極３２ａを巻回している。また、第１仕切板２４Ａと第２仕切板２４Ｂと間には隙間２０が形成されている。隙間２０には線状ワーク１２がＸ方向に延在している。一対のコア３２は、線状ワーク１２を挟んで対向している。第１コイル５２Ａおよび第２コイル５２Ｂは、例えばその側面部が複数の位置決板５０によって第１仕切板２４Ａおよび第２仕切板２４Ｂに固定されている。

このような誘導加熱装置１０ａでは、上記の誘導加熱装置１０と同様に、線状ワーク１２をＹ方向に沿って隙間２０に入れることができ、セッティングが容易である。また、線状ワーク１２は第１仕切板２４Ａおよび第２仕切板２４Ｂによって保護される。さらに、移動機構４０によってコアアセンブリ３０をＺ方向の移動することによって線状ワーク１２に対する加熱量を調整が容易である。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０，１０ａ 誘導加熱装置
１２ 線状ワーク
１６Ａ，４９Ａ 第１ユニット
１６Ｂ，４９Ｂ 第２ユニット
２０ 隙間
２４Ａ 第１仕切板
２４Ｂ 第２仕切板
２６ ガイドプレート
３０ コアアセンブリ
３１Ａ 第１コア群
３１Ｂ 第２コア群
３２ コア
３２ａ 磁極
３２ｄ 架橋部
３４ コア支持板
３６ 補助板
４０ 移動機構
４０ａ モータ
４２Ａ，５２Ａ 第１コイル
４２Ｂ，５２Ｂ 第２コイル
４３Ａ，４３Ｂ 空隙
４６，５０ 位置決板
４８ コア対
６０ ブレーキ機構（移動機構）
ｗ１，ｗ２ 幅
Φ 磁束

Claims (6)

1. それぞれＸ方向に延在し、Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って平行に配列された２以上でＮ本の線状ワークを加熱する誘導加熱装置であって、
   Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向の一方であるＺ１方向側に設けられてＮ個のコアからなる第１コア群と、
   Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｚ１方向と逆側のＺ２方向側に設けられてＮ個の前記コアからなる第２コア群と、
   Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｚ１方向側に設けられた一対の第１コイルと、
   Ｎ本の前記線状ワークを基準として、Ｚ２方向側に設けられた一対の第２コイルと、
   を備え、
   前記コアは、それぞれ架橋部から突出する一対の磁極を有し、
   前記第１コア群のＮ個の前記コアと前記第２コア群のＮ個の前記コアとは、前記磁極がＮ本の前記線状ワークを挟んで対向するＮ対のコア対を形成し、
   一対の前記第１コイルは、前記第１コア群のＮ個の前記コアにおけるＮ対の前記磁極のうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回し、
   一対の前記第２コイルは、前記第２コア群のＮ個の前記コアにおけるＮ対の前記磁極のうちＸ方向に沿った一方と他方とをそれぞれ囲って巻回し、
   前記第１コア群および前記第２コア群の少なくとも一方は、Ｚ方向に進退可能に設けられていることを特徴とする誘導加熱装置。
2. Ｎ本の前記線状ワークと前記第１コア群との間に設けられた透磁性の第１仕切板と、
   Ｎ本の前記線状ワークと前記第２コア群との間に設けられた透磁性の第２仕切板と、
   をさらに備え、
   一対の前記第１コイルは前記第１仕切板に固定され、一対の前記第２コイルは前記第２仕切板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 一対の前記第１コイルおよび一対の前記第２コイルは、コイル断面形状に合わせて、Ｘ方向とＹ方向とに直交するＺ方向に切欠きが設けられた位置決板によって前記第１仕切板および前記第２仕切板に対して位置決めおよび固定がなされていることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記第１コア群のＮ個の前記コアおよび前記第２コア群のＮ個の前記コアの少なくとも一方を、対向する前記線状ワークに対して個別に進退させる移動機構を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
5. 前記磁極のＹ方向の幅は、前記線状ワークのＹ方向の幅の１．５～２．５倍であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. Ｎ本の前記線状ワークを基準としてＺ１方向側に設けられ、前記第１コア群および前記第１コイルを含む第１ユニットと、
   Ｎ本の前記線状ワークを基準としてＺ２方向側に設けられ、前記第２コア群および前記第２コイルを含む第２ユニットと、
   を備え、
   前記第１ユニットと前記第２ユニットとは同構造であって、Ｘ方向およびＹ方向について逆向きとなるように配置されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。

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