WO2012005076A1 - 高周波加熱用コイル - Google Patents

Abstract

ワーク（Ｗ）の本体部（１１）は高周波加熱用コイル（Ｉ）のループ部（１３）に囲まれて高周波加熱され、ワーク（Ｗ）のフランジ部（１２）はコイル高周波加熱用コイル（Ｉ）の一対の引出し部（１４，１５）に挟まれて高周波加熱される。ワーク（Ｗ）のフランジ部（１２）には高周波加熱用コイル（Ｉ）の第１、第２引出し部（１４，１５）が対向するが、第１、第２引出し部（１４，１５）がワーク（Ｗ）の軸方向にオフセットして配置されるので、第１、第２引出し部（１４，１５）を流れる高周波電流によりワーク（Ｗ）のフランジ部（１２）に相互に逆方向の渦電流が発生しないようにし、ワーク（Ｗ）のフランジ部（１２）が本体部（１１）に比べて加熱され難くなるのを防止し、閉断面を有する本体部の外周面から径方向外側に突出するフランジ部が軸方向に沿って形成されたパイプ状のワークを均一に加熱可能な高周波加熱用コイルを提供することができる。

Description

高周波加熱用コイル

　本発明は、閉断面を有する本体部の外周面から径方向外側に突出するフランジ部が軸方向に沿って形成されたパイプ状のワークを高周波加熱すべく、前記本体部を囲むループ部と、前記ループ部の軸方向に接近する両端から径方向外側に延びて前記フランジ部の両側面に対向する一対の引出部とを備える高周波加熱用コイルに関する。

　自動車のドアを補強して側面衝突の衝撃から乗員を保護するドアインパクトバーを、低強度の直線状の鋼管を高周波加熱用コイルで加熱しながら所定形状に湾曲した後に、冷却水を噴射して急冷することで焼き入れ処理して所望の形状および強度に加工するものが、下記特許文献１により公知である。

日本特許第４１９８７１５号公報

　ところで、高周波加熱用コイルで加熱するワークが、例えば金属板材をロールフォーミングしたパイプ状の部材である場合、その金属板材の両側縁が重ね合わされる部分に、ワークの本体部の外周面から径方向外側に突出するフランジ部が軸方向に沿って形成されることになる。またワークの本体部を取り囲む高周波加熱用コイルのループ部の両端には高周波電源に接続される一対の引出し部が設けられており、この一対の引出し部をワークのフランジ部の両面に沿うように配置することで、ワークのフランジ部を加熱するようになっている。

　しかしながら、後から図５に基づいて説明するように、ワークのフランジ部を挟む高周波加熱用コイルの一対の引出し部が直線状かつ平行に配置されている場合、それら一対の引出し部によりフランジ部に発生する渦電流が相互に打ち消し合うことで、ワークの本体部に比べてフランジが加熱され難くなって曲げ加工や焼き入れ処理の品質が低下する可能性がある。

　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、閉断面を有する本体部の外周面から径方向外側に突出するフランジ部が軸方向に沿って形成されたパイプ状のワークを均一に加熱可能な高周波加熱用コイルを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明によれば、閉断面を有する本体部の外周面から径方向外側に突出するフランジ部が軸方向に沿って形成されたパイプ状のワークを高周波加熱すべく、前記本体部を囲むループ部と、前記ループ部の軸方向に接近する両端から径方向外側に延びて前記フランジ部の両側面に対向する一対の引出部とを備える高周波加熱用コイルにおいて、前記一対の引出部を相互に軸方向両側にオフセットしたことを第１の特徴とする高周波加熱用コイルが提案される。

　また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記一対の引出部は、Ｕ字状、Ｖ字状あるいはコ字状に湾曲することを第２の特徴とする高周波加熱用コイルが提案される。

　また本発明によれば、前記第２の特徴に加えて、前記一対の引出部は軸直角方向に見てループを構成することを第３の特徴とする高周波加熱用コイルが提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第３の何れか１つの特徴に加えて、前記ワークは金属板材をパイプ状に湾曲したものであり、前記フランジ部は前記金属板材の一対の側縁を重ね合わせて構成されることを第４の特徴とする高周波加熱用コイルが提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第４の何れか１つの特徴に加えて、前記ループ部を流れる高周波電流により誘導される渦電流は前記ワークの本体部を周回するように流れ、前記一対の引出部を流れる高周波電流により誘導される渦電流は前記ワークのフランジ部の面内を周回するように流れることを第５の特徴とする高周波加熱用コイルが提案される。

　尚、実施の形態の第１、第２引出し部１４，１５は本発明の引出し部に対応する。

　本発明の第１の特徴によれば、ワークの本体部は高周波加熱用コイルのループ部に囲まれて高周波加熱され、ワークのフランジ部はコイルの一対の引出し部に挟まれて高周波加熱される。ワークのフランジ部には高周波加熱用コイルの一対の引出し部が対向するが、一対の引出し部がワークの軸方向にオフセットして配置されるので、一対の引出し部を流れる高周波電流によりワークのフランジ部に相互に逆方向の渦電流が発生しないようにし、ワークのフランジ部が本体部に比べて加熱され難くなるのを防止することができる。

　また本発明の第２の特徴によれば、高周波加熱用コイルの一対の引出部がＵ字状、Ｖ字状あるいはコ字状に湾曲するので、簡単な加工で一対の引出部を効果的にオフセットすることができる。

　また本発明の第３の特徴によれば、一対の引出部は軸直角方向に見てループを構成するので、フランジ部の面内を流れる渦電流を発生させて効果的な加熱を可能にすることができるだけでなく、一対の引出し部の端部の軸方向高さを揃えて高周波加熱用コイルの固定や配線を容易化することができる。

　また本発明の第４の特徴によれば、ワークは金属板材をパイプ状に湾曲したものであってフランジ部は金属板材の一対の側縁を重ね合わせて構成されるので、フランジ部の厚さが本体部の厚さの２倍になって加熱し難くなるが、一対の引出し部をワークの軸方向にオフセットして配置したことで、加熱し難いフランジ部を充分に加熱することができる。

　また本発明の第５の特徴によれば、ループ部を流れる高周波電流により誘導される渦電流はワークの本体部を周回するように流れるので本体部の加熱効果が高まり、かつ一対の引出部を流れる高周波電流により誘導される渦電流はワークのフランジ部の面内を周回するように流れるのでフランジ部の加熱効果が高まる。

図１は高周波焼き入れ装置の斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３－３線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は前記図３に対応する図である。（第２の実施の形態） 図５は高周波加熱用コイルの斜視図である。（従来例）

Ｗ　　　　　ワーク
１１　　　　本体部
１２　　　　フランジ部
１３　　　　ループ部
１４　　　　第１引出部（引出部）
１５　　　　第２引出部（引出部）

　以下、図１～図３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態

　図１～図３に示すように、本実施の形態のワークＷは、例えば自動車のルーフサイドレールおよびフロントピラーを一体に構成する部材であって、鋼板をロールフォーミングでパイプ状に形成した閉断面の本体部１１と、鋼板の両側縁を重ね合わせて形成されるフランジ部１２とを備えており、フランジ部１２は本体部１１の外周面から径方向に突出してワークＷの軸線Ｌ方向（図２および図３参照）に沿って延びている。ロールフォーミングされたワークＷは軸方向に一定断面を有する直線状の部材であるが、それを高周波加熱用コイルＩで加熱して外力を加えることで所定形状に湾曲させた後に、冷却水で急冷して焼き入れを行うようになっている。

　高周波加熱用コイルＩはワークＷの本体部１１の外周を所定の隙間を介して囲む１ターンのループ部１３と、ループ部１３の両端から径方向外側に延びてワークＷのフランジ部１２の両側面に所定の隙間を介して対向する第１、第２引出し部１４，１５とを備える。ループ部１３は同一平面内で湾曲する二次元的形状であり、その両端間でループが部分的に途切れている。ループ部１３の両端に連なる第１、第２引出し部１４，１５のうち、第１引出し部１４はＵ字状に形成されて軸方向上向きに突出し、第２引出し部１５はＵ字状に形成されて軸方向下向きに突出することで、第１、第２引出し部１４，１５は軸方向に相互にオフセットしている。第１、第２引き出し部１４，１５をワークＷの軸直角方向に見ると（図３参照）、両者が協働して小判形あるいは陸上競技のトラック形を成している。

　高周波加熱用コイルＩに隣接して配置される冷却装置Ｃは円環状の冷却水タンク１６と、冷却水タンク１６の外周面に接続された４本の冷却水供給パイプ１７…と、冷却水タンク１６の内周面に形成された多数の冷却水噴出孔１８…とを備える。

　次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。

　ワークＷを高周波加熱用コイルＩおよび冷却装置Ｃの内部に挿通し、所定速度で軸方向に移動させながら高周波加熱用コイルＩで加熱する。このとき、ワークＷの本体部１１は高周波加熱用コイルＩのループ部１３の内部に嵌合し、かつワークＷのフランジ部１２は高周波加熱用コイルＩの第１、第２引出部１４，１５の間に挟まれている。高周波電源１９（図２参照）から高周波加熱用コイルＩに高周波電流を供給すると、高周波加熱用コイルＩの周囲に形成される磁界によってワークＷの内部に渦電流が発生し、ワークＷがジュール熱により加熱される。

　特に、図３に示すように、ワークＷの本体部１１には、その外周を囲む高周波加熱用コイルＩのループ部１３を流れる電流ａにより逆方向の渦電流ａ′が発生し、この渦電流ａ′はワークＷの閉断面を有する本体部１１を周回するように流れるため、ワークＷの本体部１１を効率的に加熱することができる。

　このようにしてワークＷを所定速度で軸方向に移動させながら高周波加熱用コイルＩで加熱し、同時に曲げモーメントを加えることで所定の形状に湾曲させた後、冷却装置Ｃの冷却水噴出孔１８…から噴出する冷却水でワークＷを急冷して焼き入れすることで、ワークＷの曲げ加工および焼き入れ処理を連続的に行うことができる。

　ところで、図５に示す従来の高周波加熱用コイルＩは、その一第１、第２引出し部１４，１５がワークＷのフランジ部１２を挟むように直線状かつ平行に配置されているため、第１引出し部１４を流れる電流ｂにより発生する渦電流ｂ′と、第２引出し部１５を流れる電流ｃにより発生する渦電流ｃ′とが、ワークＷのフランジ部１２の内部を同じ大きさで相互に逆方向に流れてしまい、二つの渦電流ｂ′，ｃ′が打ち消し合うことになる。その結果、ワークＷの本体部１１に比べてフランジ部１２の温度が充分に昇温せず、ワークＷの曲げ加工や焼き入れ処理の品質が低下する可能性がある。

　それに対し、本実施の形態によれば、高周波加熱用コイルＩの第１、第２引出し部１４，１５がワークＷのフランジ部１２を挟んで相互に対向しないように上下方向にオフセットしているため、図３に示すように、第１引出し部１４を流れる電流ｄにより発生する渦電流ｄ′と、第２引出し部１５を流れる電流ｅにより発生する渦電流ｅ′とが打ち消し合わないようにしてフランジ部１２を効率的に加熱することができる。

　特に、ワークＷの軸線Ｌに対して直角方向に見たとき（図３参照）、第１、第２引出し部１４，１５は協働して一つの閉じたループを構成するため、そこを流れる電流ｄ，ｅによってフランジ部１２の面内に逆方向の閉じた渦電流ｄ′，ｅ′が流れることで、そのフランジ部１２を効果的に表面加熱することができる。しかも第１、第２引出し部１４，１５はＵ字状に湾曲するので、簡単な加工で第１、第２引出部１４，１５を効果的にオフセットするとともに、第１、第２引出し部１４，１５は協働して一つの閉じたループを構成することができる。

　またワークＷは金属板材をパイプ状に湾曲したものであってフランジ部１２は金属板材の一対の側縁を重ね合わせて構成されるので、フランジ部１２の厚さが本体部１１の厚さの２倍になって加熱し難くなる．しかしながら、上述のようにして第１、第２引出し部１４，１５によるワークＷのフランジ部１２の加熱効果を高めることができるので、ワークＷの本体部１１およびフランジ部１２を均一に加熱することができる。

　次に、図４に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態

　第１の実施の形態の高周波加熱用コイルＩは、第１、第２引出し部１４，１５がワークＷの軸方向の同じ位置から相互に離反する方向にＵ字状に延びているが、第２の実施の形態の高周波加熱用コイルＩは、第１、第２引出し部１４，１５がワークＷの軸方向に僅かに離れた二つの位置から相互に接近する方向にコ字状に延びている。但し、第１、第２引出し部１４，１５はワークＷの軸線Ｌに対して直角方向に見たときに相互に重ならないように配置されている。

　この第２の実施の形態によれば、第１、第２引出し部１４，１５を流れる電流によりワークＷのフランジ部１２に発生する渦電流が相互に打ち消し合わないようにし、第１の実施の形態と同様にフランジ部１２を加熱することができる。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

　例えば、実施の形態では高周波加熱用コイルＩのターン数は１ターンであるが、複数ターンであっても良い。但し、高周波加熱用コイルＩがコイル状に複数ターンしていて第１、第２引出し部１４，１５の位置が軸方向に大きくずれている場合には、本発明の課題がそもそも発生しないため、第１、第２引出し部１４，１５の位置が軸方向に近接していることが本発明の前提となる。

　また第１の実施の形態の第１、第２引出し部１４，１５はＵ字状に湾曲しており、第２の実施の形態の第１、第２引出し部１４，１５はコ字状に湾曲しているが、Ｖ字状に湾曲するものでも同様の作用効果を達成することができる。

　また本発明の高周波加熱用コイルＩは焼き入れ処理用に限定されず、任意の目的の加熱用に適用することができる。

Claims (5)

1. 　閉断面を有する本体部（１１）の外周面から径方向外側に突出するフランジ部（１２）が軸方向に沿って形成されたパイプ状のワーク（Ｗ）を高周波加熱すべく、前記本体部（１１）を囲むループ部（１３）と、前記ループ部（１３）の軸方向に接近する両端から径方向外側に延びて前記フランジ部（１２）の両側面に対向する一対の引出部（１４，１５）とを備える高周波加熱用コイルにおいて、
   　前記一対の引出部（１４，１５）を相互に軸方向両側にオフセットしたことを特徴とする高周波加熱用コイル。
2. 　前記一対の引出部（１４，１５）は、Ｕ字状、Ｖ字状あるいはコ字状に湾曲することを特徴とする、請求項１に記載の高周波加熱用コイル。
3. 　前記一対の引出部（１４，１５）は軸直角方向に見てループを構成することを特徴とする、請求項２に記載の高周波加熱用コイル。
4. 　前記ワーク（Ｗ）は金属板材をパイプ状に湾曲したものであり、前記フランジ部（１２）は前記金属板材の一対の側縁を重ね合わせて構成されることを特徴とする、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の高周波加熱用コイル。
5. 　前記ループ部（１３）を流れる高周波電流により誘導される渦電流は前記ワーク（Ｗ）の本体部（１１）を周回するように流れ、前記一対の引出部（１４，１５）を流れる高周波電流により誘導される渦電流は前記ワーク（Ｗ）のフランジ部（１２）の面内を周回するように流れることを特徴とする、請求項１～請求項４の何れか１項に記載の高周波加熱用コイル。

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