(57)【要約】      （修正有）【課題】誘導加熱において、被加熱体の把持部材として厚みのある断熱材を使用すると、連続生産において、被加熱体からの熱伝導により把持部材が蓄熱し被加熱体の温度分布が悪くなるのを防止する。【解決手段】円筒状の被加熱体が内部に配置される誘導加熱コイル１００と、誘導加熱コイルの内部に配置され、渦電流を発生し発熱する補助基材１１１a、１１１bと、を具備する誘導加熱装置であって、被加熱体１２０と補助基材との間に介在して、被加熱体を支持する把持部材１１０ａ、ｂを具備し、誘導加熱装置は、第１の被加熱体と、第１の被加熱体よりも大きい外径を有する第２の被加熱体と、を支持可能であり、把持部材は、第１の被加熱体の一端と補助基材との距離が、第２の被加熱体が誘導加熱コイルの内部に配置されたときの第２の被加熱体の一端と補助基材との距離よりも、長くなるように被加熱体を支持するものであり、かつ、非磁性体で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の被加熱体が内部に配置される誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルの内部に配置され、該誘導加熱コイルによって渦電流を発生し発熱する補助基材と、を具備する誘導加熱装置であって、
該誘導加熱コイルの内部に該被加熱体が配置されたときに、該被加熱体と該補助基材との間に介在して、該被加熱体を支持する把持部材をさらに具備し、
該誘導加熱装置は、第１の被加熱体と、該第１の被加熱体よりも大きい外径を有する第２の被加熱体と、を支持可能であり、
該把持部材は、
該第１の被加熱体が該誘導加熱コイルの内部に配置されたときの該第１の被加熱体の一端と該補助基材との距離が、該第２の被加熱体が該誘導加熱コイルの内部に配置されたときの該第２の被加熱体の一端と該補助基材との距離よりも、長くなるように該被加熱体を支持するものであり、かつ、
非磁性体で構成されており、
該把持部材の該被加熱体との接触部は、厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなり、
該把持部材の該被加熱体との接触部から該補助基材との接触部に至るまでの熱伝導率が、３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、ことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記把持部材が、前記被加熱体の接触部を構成する第１の部材と、該第１の部材よりも前記補助基材側に位置してなる第２の部材と、を具備し、
該第１の部材がポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなり、
該第２の部材が窒化アルミニウムからなる請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記第１の部材と前記第２の部材との間に接着剤層を有する請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記接着剤層が、エポキシ系接着剤からなる請求項３に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円筒状の被加熱体を誘導加熱する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置に搭載される電子写真感光体（以下、感光ドラムとも記載する）は円筒状の金属製の基層の上に感光層が形成されたものが一般的である。また、上記感光層の表面に保護層を形成し、電子線照射と加熱とにより保護層を硬化させることで、感光ドラムの耐久性を向上させる方法が知られている。このとき、保護層の硬度ばらつきを小さくする目的で、感光ドラムを均一に加熱できる加熱装置が求められている。
【０００３】
感光ドラムの加熱には熱風加熱、光加熱、誘導加熱を用いた方法が試みられてきた。特に、短時間で加熱できるために、誘導加熱を用いた方法が有効である。誘導加熱とは、磁界が導電性材料を横切って変化したとき、導電性材料の表面付近に渦電流が発生し、そのジュール発熱により被加熱体を加熱する加熱方法である。このとき、導電性材料に流れる渦電流により、磁界の変化を妨げるような磁界が生成される。誘導加熱では導電性材料のみが加熱され、電気伝導率が充分に低い材料であれば磁界発生領域内にあっても加熱されないという特徴がある。
【０００４】
また、被加熱体の発熱量は被加熱体の比透磁率によって異なる。被加熱体が鉄やニッケルなどの比透磁率が高い材料（強磁性体）であれば、少しの磁界の変化でも多くの渦電流が発生し、発熱量が大きくなる。逆に、被加熱体がアルミや銅などの比透磁率が低い材料（非磁性体）であれば、渦電流の発生量が少なく、強磁性体に比べて発熱量は小さくなる。さらに、円筒状の被加熱体の発熱量は被加熱体の外径によっても異なる。被加熱体の外径が大きいほど、多くの渦電流が発生し、発熱量が大きくなる。
【０００５】
感光ドラムのように長さを有する円筒状の被加熱体を加熱するためには、スパイラル形状の誘導加熱コイルがよく用いられる。また、長さや径の異なる複数種類の被加熱体を共通の誘導加熱コイルで加熱する場合には、誘導加熱コイルにより発生する磁界発生領域と一番長い被加熱体の長さとが合致するような誘導加熱コイルを用いるのが一般的である。しかし上記の誘導加熱コイルを用いて長さの短い被加熱体を加熱した場合、被加熱体の端部が他の部分に比べて過剰に発熱してしまうという問題がある。これは被加熱体の端部において、被加熱体外面の表面付近と、被加熱体端面の表面付近の両方に渦電流が発生することで、他の部分よりも端部の発熱量が大きくなるためであり、この現象はエッジ効果と呼ばれる。
【０００６】
このエッジ効果による端部の過剰加熱を解決するための手段として、被加熱体の端部に導電性の補助基材を配置するという手段が特許文献１に開示されている。また、補助基材自身の発熱による被加熱体の温度均一性への影響を抑制するために、補助基材と被加熱体との間に断熱部材を介在させるという手段が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−５６１９７号公報
【特許文献２】特開２０１８−３２５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
補助基材の外径よりも被加熱体の外径が小さい場合には、補助基材に被加熱体より多くの渦電流が流れることで被加熱体の端部近傍の磁束密度が小さくなり、被加熱体の端部の温度が低くなってしまう。その際には、補助基材と被加熱体との距離を離して、被加熱体の端部近傍の磁束密度を上げることで、被加熱体の温度均一性を保つことができる。特許文献２に記載の誘導加熱方法では、断熱部材の厚みを厚くすることで、補助基材と被加熱体との距離を離すことができるが、連続生産においては、断熱部材の蓄熱という課題が発生する。連続生産において、被加熱体の温度均一性を安定して実現するためには、被加熱体と接触している断熱材を所定の温度範囲に抑える必要がある。しかしながら、特に被加熱体の加熱温度が高く、かつ短サイクルタイムでの生産においては、被加熱体加熱時に被加熱体からの熱伝導により昇温した断熱部材が、次の被加熱体の加熱までの間に初期温度まで回復することが難しく、連続生産の中で徐々に蓄熱する。その結果、断熱材が所定温度を超え、被加熱体の温度均一性を低下させてしまう。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、被加熱体の外径が小さくても大きくても、誘導加熱コイルや把持機構を交換することなく、かつ短サイクルタイムで、被加熱体を均一に加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
円筒状の被加熱体が内部に配置される誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルの内部に配置され、該誘導加熱コイルによって渦電流を発生し発熱する補助基材と、を具備する誘導加熱装置であって、
該誘導加熱コイルの内部に該被加熱体が配置されたときに、該被加熱体と該補助基材との間に介在して、該被加熱体を支持する把持部材をさらに具備し、
該誘導加熱装置は、第１の被加熱体と、該第１の被加熱体よりも大きい外径を有する第２の被加熱体と、を支持可能であり、
該把持部材は、
該第１の被加熱体が該誘導加熱コイルの内部に配置されたときの該第１の被加熱体の一端と該補助基材との距離が、該第２の被加熱体が該誘導加熱コイルの内部に配置されたときの該第２の被加熱体の一端と該補助基材との距離よりも、長くなるように該被加熱体を支持するものであり、かつ、
非磁性体で構成されており、
該把持部材の該被加熱体との接触部は、厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料からなり、
該把持部材の該被加熱体との接触部から該補助基材との接触部に至るまでの熱伝導率が、３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、ことを特徴とする誘導加熱装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被加熱体の加熱中には、被加熱体から補助基材への熱の逃げを抑制することができ、被加熱体を均一に加熱することができる。同時に、連続生産においても、把持部材の蓄熱を抑制することができるため、被加熱体の均一加熱を長期に安定して担保する誘導加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の誘導加熱装置の装置概要を示す図である。
【図２】本発明の原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施例１に係る把持部材の断面図である。
【図４】従来技術に係る誘導加熱装置の構成の概要を示す図である。
【図５】本発明の変形例１に係る把持部材の平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の誘導加熱装置の装置概要を示す図である。
【００１３】
スパイラル形状の誘導加熱コイル１００は、コイル支持部材１０１により固定され、台座１０２に取り付けられている。誘導加熱コイル１００は整合器１０３を介して高周波電源１０４に接続されている。高周波電源１０４は制御部１１５に接続されており、制御部１１５からの出力指令に応じた高周波電流を誘導加熱コイル１００に流すことで、誘導加熱コイル内部に配置した被加熱体１２０を加熱することができる。
【００１４】
補助基材１１１ａ、１１１ｂは軸受部１１２ａ、１１２ｂに保持され、昇降機構１１４ａ、１１４ｂに取り付けられている。昇降機構１１４ａ、１１４ｂは制御部１１５に接続されており、制御部からの位置移動指令に応じて動作可能である。誘導加熱コイル１００の内部に被加熱体１２０を配置する際には、補助基材１１１ａ、１１１ｂに接続された把持部材１１０ａ、１１０ｂで被加熱体１２０を挟むことで被加熱体１２０を接触把持可能である。把持部材１１０ａは被加熱体１２０と補助基材１１１ａとの間に介在し、把持部材１１０ｂは被加熱体１２０と補助基材１１１ｂとの間に介在する。
【００１５】
把持部材１１０ａ、１１０ｂの少なくとも一方は回転機構１１３に接続されており、把持した被加熱体１２０を回転可能な構造になっている。図１に示す例では、把持部材１１０ａは補助基材１１１ａと共に回転機構１１３によって回転される。そして、被加熱体１２０、把持部材１１０ｂ及び補助基材１１１ｂは、補助基材１１１ａによって回転される。誘導加熱コイル１００の回転対称軸と被加熱体１２０の回転軸は図示しない調整機構により略同軸に調整可能である。
【００１６】
図２は本発明の原理を説明するための模式図である。
誘導加熱コイル１００の長さ（図２中のＬ）は、誘導加熱コイル１００に高周波電流を流すことによって被加熱体１２０だけでなく、補助基材１１１ａ、１１１ｂにも渦電流が発生する範囲の長さである。
【００１７】
補助基材１１１ａ、１１１ｂは導電性材料で構成されている。補助基材１１１ａ、１１１ｂに渦電流が流れ、誘導加熱コイル１００が生成した磁界を弱める向きに磁界を生成することで、被加熱体１２０の端部近傍の磁束密度を調整し、端部の過剰な発熱を抑制することが可能である。被加熱体１２０の端部近傍とは、被加熱体１２０の上端部の近傍（把持部材１１０ａに近い端部の近傍）及び被加熱体１２０の下端部の近傍（把持部材１１０ｂに近い端部の近傍）を意味する。
【００１８】
補助基材１１１ａ、１１１ｂは円柱状または円筒状の形状であり、被加熱体１２０の外径と同径または、被加熱体１２０の外径より大きな外径を有している。つまり、本発明に係る誘導加熱装置の補助基材１１１ａ、１１１ｂは、最大の外径を有する被加熱体の外径以上の外径を有する。
そして、本発明に係る誘導加熱装置は、第１の被加熱体と、該第１の被加熱体よりも大きい外径を有する第２の被加熱体と、を支持可能である。
【００１９】
把持部材１１０ａ、１１０ｂは、少なくとも２種類の非磁性で発熱しない材料から構成されている。これは誘導加熱コイル１００および補助基材１１１ａ、１１１ｂによって生成された磁界に影響を与えないためである。
【００２０】
把持部材１１０ａ、１１０ｂの外形形状は補助基材１１１ａ、１１１ｂから離れるに従って縮径する形状となっており、被加熱体１２０の外径に応じて、補助基材１１１ａ、１１１ｂと被加熱体の一端との距離を変えることができる。補助基材１１１ａ、１１１ｂの外径に対し被加熱体１２０の外径が小さい場合に、補助基材１１１ａ、１１１ｂと被加熱体１２０の一端との距離を長くすることで、外径の小さな被加熱体を加熱する場合でも端部近傍の温度が低くならないようにするためである。
【００２１】
端部近傍の磁束密度の調整を安定して行うためには、補助基材１１１ａ、１１１ｂは被加熱体１２０と同程度の比透磁率を有する材料で構成されることが好ましい。また、補助基材１１１ａ、１１１ｂの形状が円筒状である場合、補助基材１１１ａ、１１１ｂの厚さは補助基材１１１ａ、１１１ｂの表皮深さの５倍以上であることが好ましい。この「補助基材の厚さ」とは、｛（補助基材の外径−補助基材の内径）／２｝である。また、「表皮深さ」とは「ある物質に入射した電磁界が１／ｅ（≒１／２．７１８）に減衰する深さ」である。
【００２２】
図３は後述する実施例１に係る把持部材１１０ａ、１１０ｂの断面図である。図３に示すように、実施例１に係る把持部材１１０ａは、第１の部材１５０ａ、第２の部材１５１ａの２種類の材料から構成され、把持部材１１０ｂも、第１の部材１５０ｂ、第２の部材１５１ｂの２種類の材料から構成される。
被加熱体側に位置する第１の部材１５０ａ，１５０ｂは厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料とする。
また、補助基材側に位置する第２の部材１５１ａは、第１の部材１５０ａの被加熱体との接触部から補助基材１１１ａとの接触部に至るまでの熱伝導率が、各材料間での熱伝導率の低下を考慮した上で３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上になる材料とする。
補助基材側に位置する第２の部材１５１ｂも同様に、第１の部材１５０ｂの被加熱体との接触部から補助基材１１１ｂとの接触部に至るまでの熱伝導率が、３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上になる材料とする。
【００２３】
被加熱体の加熱時には被加熱体から補助基材への熱の逃げを抑制し、また加熱後には、速やかに把持部材の温度を所定の温度まで回復することで、均一な温度分布での加熱を連続的に実現可能とするためである。
なお、図３に記載の数値は後述する実施例で用いられた際のサイズを示すものであり、これらの数値は本発明の技術的範囲をなんら制限するものではない。
【００２４】
補助基材１１１ａ、１１１ｂも被加熱体とともに誘導加熱によって加熱されるため、連続加熱時には把持部材を温度回復することの妨げとなる。そのため、補助基材１１１ａ、１１１ｂは冷却機構を有し、所定の温度範囲に制御することが好ましい。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〈実施例１〉
図１に示す誘導加熱装置を用いて連続加熱試験を行った。
本実施例で使用した被加熱体１２０の外径、内径及び長さを表１に示す。本発明は複数の外径の被加熱体に対応できるものであるが、より連続加熱における条件が厳しくなるように被加熱体の種類を選定した。
被加熱体１２０の基層はアルミニウム合金で構成され、比透磁率はおよそ１．０である。被加熱体１２０の最外層には膜厚５.０μｍ程度の保護層が形成されている。
【００２６】
誘導加熱コイル１００は線形８ｍｍの銅管を曲げてスパイラル形状にしたものを使用した。誘導加熱コイル１００の全長（図２中のＬ）は４５０ｍｍ、外径（図２中のＤ）は８８ｍｍで巻き数は２３ターンとした。銅管内部には冷却水を供給し、冷却を行った。誘導加熱コイル１００はベークライトで構成されたコイル支持部材１０１に固定した。
【００２７】
誘導加熱コイル１００は整合器１０３を介して高周波電源１０４に接続した。また、図示しない放射温度計により被加熱体１２０の長手中央位置の温度を測定し、測定した温度を制御部１１５に入力することでフィードバック制御による加熱が可能な構成とした。
加熱は、高周波電源１０４により、誘導加熱コイル１００に高周波電流を流すことで行う。初期温度である２３℃から目標温度である１１７℃まで１０秒で加熱できるような設定とした。
【００２８】
補助基材１１１ａ、１１１ｂは被加熱体１２０の基層と同材料であるアルミニウム合金で構成され、外径は３０ｍｍの円柱形状とした。これは複数の外径の被加熱体の中で最大外径をもつ被加熱体と略同径である。また補助基材１１１ａ、１１１ｂには回転継手１４１ａ、１４１ｂを接続し、冷却水循環機構１４２から冷却水を供給することで、冷却を行った。
【００２９】
図３に把持部材１１０ａ、１１０ｂの断面形状を示す。補助基材内部には冷却水循環用の流路１４０が設けられている。被加熱体１２０との接触部は補助基材１１１ａ、１１１ｂから離れるに従って縮径するテーパー形状とした。把持部材１１０ａ、１１０ｂが被加熱体１２０を接触把持するとき、被加熱体１２０の一端と補助基材１１１ａ、１１１ｂとの距離は事前に加熱実験を行い求めた表１の値になるようにした。「被加熱体１２０の一端と補助基材１１１ａ、１１１ｂとの距離」とは、「被加熱体１２０の上端と補助基材１１１ａの下端との距離」及び「被加熱体１２０の下端と補助基材１１１ｂの上端との距離」を意味する。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
把持部材１１０ａ、１１０ｂは２種類の材料を積層して構成した。
被加熱体１２０側の第１の部材１５０としては、熱伝導率が０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材を用いた。
つまり、表１に示すように、把持部材の被加熱体との接触部は、厚み方向の熱伝導率が０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
補助基材１１１ａ、１１１ｂ側の第２の部材１５１としては、熱伝導率が１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化アルミニウムを用いた。
つまり、補助基材から第１の部材に至る材料の順序は下記のとおりである。
・アルミニウム合金（補助基材１１１）
・窒化アルミニウム（第２の部材１５１）
・ＰＥＥＫ        （第１の部材１５０）
さらに、ＰＥＥＫと窒化アルミニウムとの間や、窒化アルミニウムと補助基材との間の微小な空気層による熱伝達の低下を抑制するために、各部品間に下記のエポキシ系接着剤を充填した上で、非図示のボルトにより、補助基材１１１ａ、１１１ｂと固定した。
・エポキシ系接着剤アラルダイト（登録商標）  ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ社製
このようにして第１の部材と前記第２の部材との間に接着剤層を形成した。
【００３２】
なお、把持部材１１０ａ、１１０ｂの被加熱体１２０側の材料は、被加熱体１２０に傷をつけないように、被加熱体１２０の基層のアルミニウム合金よりも柔らかい材料にする必要がある。本実施例においては、アルミニウム合金よりも柔らかいＰＥＥＫ材を用いることによって、被加熱体１２０への傷付き抑制と所望の熱伝導率の実現の両立を図った。
【００３３】
前記部材から構成された、把持部材１１０ａ、把持部材１１０ｂの被加熱体１２０との接触部から補助基材１１１ａ、１１１ｂに至るまでの熱伝導率を、熱伝導率の測定方法として一般的に知られている熱流計法を用いて算出した。熱流計法とは、熱伝導率を測りたい試料において、片側を高温、反対側を低温とし、その温度勾配を測ることで熱伝導率を算出する方法である。本実施例においては、本実施例の構成に近くなるような測定構成を再現することで測定を行った。測定構成及び測定結果を以下に示す。
【００３４】
測定構成は、低温源は冷却水を通した冷却ブロック、高温源はヒーターを内蔵した加熱ブロックで構成した。そして、低温側から高温側にかけて、本実施例の構成と同一となるようアルミニウム合金、窒化アルミニウム、ＰＥＥＫの順になるように、計５部品を積層した構成とした。つまり、測定構成における材料の順序は下記のとおりである。
・冷却ブロック（低温側）
・アルミニウム合金
・窒化アルミニウム
・ＰＥＥＫ
・加熱ブロック（高温側）
【００３５】
また、温度勾配測定のため、冷却ブロック‐アルミニウム合金間と、アルミニウム合金‐窒化アルミニウム間と、ＰＥＥＫ‐加熱ブロック間の３箇所にはそれぞれ熱電対を設置した。その上で、さらにアルミニウム合金‐窒化アルミニウム間と、窒化アルミニウム−ＰＥＥＫ間にはエポキシ系接着剤アラルダイト（登録商標）を充填し、冷却ブロックと加熱ブロックを両側から挟み込み圧接固定した。なお、５部品の形状はすべて縦１００ｍｍかつ横１００ｍｍの正方形であり、厚みは冷却ブロック、アルミニウム合金、及び加熱ブロックは５ｍｍ、窒化アルミニウムは７ｍｍ、ＰＥＥＫは２ｍｍとした。また、５部品の外周を断熱材で覆い、各部品間以外の熱交換を抑制するように構成した。
この構成に基づく、加熱ブロック側のＰＥＥＫ表面からアルミニウム合金側の窒化アルミニウム表面に至るまでの算出熱伝導率が、把持部材１１０ａの被加熱体１２０との接触部から補助基材１１１ａとの接触部に至るまでの熱伝導率を示すものとなる。
同様に、前記算出熱伝導率は、把持部材１１０ｂの被加熱体１２０との接触部から補助基材１１１ｂとの接触部に至るまでの熱伝導率を示すものとなる。
【００３６】
上記測定構成に基づき、冷却ブロックを冷却水により２５℃、加熱ブロックをヒーターにより１２０℃に設定したときの各部品間の熱電対の値を測定した。その結果は下記のとおりであった。
・冷却ブロック‐アルミニウム合金間温度    ：２６℃
・アルミニウム合金‐窒化アルミニウム間温度：２７．５℃
・ＰＥＥＫ‐加熱ブロック間温度            ：１１９℃
アルミニウム合金を通過する熱量と、窒化アルミニウム及びＰＥＥＫを通過する熱量が一致し、アルミニウム合金の熱伝導率が既知である。
このため、加熱ブロック側のＰＥＥＫ表面（把持部材の被加熱体との接触部）からアルミニウム合金側の窒化アルミニウム表面（把持部材の補助基材との接触部）に至るまでの熱伝導率が算出できる。算出の結果、熱伝導率は３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）となった。
つまり、表１に示すように、把持部材の被加熱体との接触部から補助基材との接触部に至るまでの熱伝導率は、３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００３７】
補助基材１１１ａは軸受部１１２ａに保持され、軸受部１１２ａは昇降機構１１４ａに取り付けられた。補助基材１１１ｂは軸受部１１２ｂに保持され、軸受部１１２ｂは昇降機構１１４ｂに取り付けられた。昇降機構１１４ａ、１１４ｂは単軸ロボットとコントローラーとによって構成され、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）により構成される制御部１１５に接続され、制御部１１５からの位置移動指令に応じて各動作の位置座標に移動可能とした。
【００３８】
被加熱体１２０の上下方向の位置は昇降機構１１４ｂの上昇位置により制御される。昇降機構１１４ｂを下降させ、把持部材１１０ｂの上に被加熱体１２０を置き、その後に昇降機構１１４ｂを上昇させることによって、被加熱体１２０は誘導加熱コイル１００の内部に配置される。
【００３９】
昇降機構１１４ａと軸受部１１２ａとの間には、ばねを有する図示しない押圧機構を設けた。昇降機構１１４ａの位置は、昇降機構１１４ｂの上昇位置と被加熱体１２０の長さに応じて決められる。本実施例においては、昇降機構１１４ｂの上昇位置は、被加熱体１２０の長手方向の中心と誘導加熱コイル１００の長手方向の中心とが一致する位置とし、昇降機構１１４ａの位置は、被加熱体１２０を１０〜２０Ｎの力で挟み込める位置、とした。
【００４０】
把持部材１１０ａ、１１０ｂの少なくとも一方は回転機構１１３に接続されており、把持した被加熱体１２０を回転可能な構造とし、回転数はおよそ１００ｒｐｍに設定した。
把持部材１１０ａ、１１０ｂと被加熱体１２０とは１０〜２０Ｎの力で押圧されているため滑ることなく、把持部材１１０ａ、１１０ｂと被加熱体１２０とは同じ速度で回転することができる。加熱時に被加熱体１２０を回転させることによって、被加熱体の周方向に温度ムラが生じることを抑制する。
【００４１】
加熱終了後の被加熱体１２０及び把持部材１１０ａ，１１０ｂの温度測定にはサーモビューワを使用した。
【００４２】
次に実施例１で行った連続加熱実験の手順について説明する。
まず、昇降機構１１４ｂを下降させた状態で被加熱体１２０を把持部材１１１ｂの上に載置する。その後、昇降機構１１４ｂを上昇させ、誘導加熱コイル１００の内部に被加熱体を挿入し、把持部材１１０ａと１１０ｂとで被加熱体１２０を上下から挟み込む。
【００４３】
被加熱体１２０の把持が完了したら、被加熱体１２０の回転と加熱を開始する。
約１０秒後、被加熱体１２０の長手中央温度が目標温度である１１７℃に到達すると、加熱と回転が停止される。
【００４４】
加熱及び回転が停止された後、昇降機構１１４ｂにより誘導加熱コイル１００の下方へ被加熱体１２０を下降させ、被加熱体１２０を取り出す。
【００４５】
この手順を１サイクルタイム  １４秒で１０サイクル繰り返した。
【００４６】
表２に、サーモビューワによって測定された加熱終了後の下記の温度の推移、及び温度差の推移を示す。
・把持部材１１０ａの表面温度
・被加熱体１２０の中央部（被加熱体１２０の長手中央位置）の温度
・上部（被加熱体１２０の上端から１０ｍｍ下方の位置）の温度
・中央部と上部との温度差
把持部材１１０ａの表面温度の変化が極めて小さく、被加熱体の上部の温度変化も１℃以下であった。
なお、今回の実験においては、上下対称の構成であり、把持部材１１０ｂの表面温度は把持部材１１０ａの表面温度と同じであり、被加熱体１２０の下部の温度は被加熱体１２０の上部の温度と同じであった。このため、把持部材１１０ｂの表面温度及び被加熱体１２０の下部の温度については記載を省略した。
また、本実施例においては、把持部材１１０ａ、１１０ｂの被加熱体１２０との接触部は全周テーパー形状とした。より被加熱体１２０加熱時の被加熱体１２０と把持部材１１０ａ、１１０ｂの熱の移動を抑制したい場合は、把持部材１１０ａ、１１０ｂの被加熱体１２０との当接面に凹凸や溝を形成し、被加熱体１２０との接触面積を減らす構成としても良い。
【００４７】
図５に、変形例１に係る把持部材の平面図及び断面図を示す。図５は、把持部材と被加熱体との接触面積を減らすために、把持部材１１０ｂの被加熱体１２０との当接面に形成された凹凸の一例を示す。なお、被加熱体１２０は図５には図示しない。
図５は、円錐台形状の把持部材１１０ｂの側面に、ほぼ同じ形状かつ大きさの凸部５０１ｂと凹部５０２ｂとを、放射線状にかつ交互に設けた例である。把持部材１１０ｂの被加熱体１２０との当接面を図５に示したような凹凸形状とした場合、凸部５０１ｂは被加熱体１２０と接触するが、凹部５０２ｂは被加熱体１２０と接触しない。このため、把持部材１１０ｂと被加熱体１２０との接触面積は、把持部材１１０ｂに凸部５０１ｂ及び凹部５０２ｂを形成しない場合の接触面積と比べて、ほぼ半分に減少する。
【００４８】
【表２】
2020129471.tif 000004
【００４９】
〈比較例〉
図４に示す把持部材を用いて、実施例１と同様の加熱試験を行った。
図４に示す把持部材４１０ａ、４１０ｂはＰＥＥＫのバルクで構成され、外形形状は実施例１において用いた把持部材１１０ａ、１１０ｂと同じである。把持部材１１０ａに代えて把持部材４１０ａを、把持部材１１０ｂに代えて把持部材４１０ｂを用いた以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５０】
表３に、サーモビューワによって測定された加熱終了後の下記の温度の推移、及び温度差の推移を示す。
・把持部材４１０ａの表面温度
・被加熱体１２０の中央部（被加熱体１２０の長手中央位置）の温度
・上部（被加熱体１２０の上端から１０ｍｍ下方の位置）の温度
・中央部と上部との温度差
把持部材４１０ａ，４１０ｂの表面温度の変化が大きく、被加熱体１２０の温度差の変化が２．５℃であった。
【００５１】
【表３】
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【符号の説明】
【００５２】
１００  誘導加熱コイル
１０１  コイル支持部材
１０２  コイル台座
１０３  整合器
１０４  高周波電源
１１０  把持部材
１１１  補助基材
１１２  軸受部
１１３  回転機構
１１４  昇降機構
１１５  制御部
１２０  被加熱物
１３０  位置調整手段
１４０  冷却水循環用流路
１４１  回転継手
１４２  冷却水循環機構
１５０  第１の部材
１５１  第２の部材
２１０  情報蓄積部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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