(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
錐面が形成された円錐台形状の被加熱物の該錐面を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記錐面の下部から上部まで延びる第１導体部と、
前記錐面の下部に行くほど前記第１導体部から離れるように前記錐面の上部から下部まで延びる第２導体部と、
前記第１導体部と前記第２導体部との間でこれら第１及び第２導体部双方に向き合って延びる第３導体部と、
前記第１導体部の両端のうち前記第２導体部に近い側の一端、及び、前記第２導体部の両端のうち前記第１導体部に近い側の一端双方をつなぐと共に、前記錐面の上部に沿って延びる第１接続部と、
前記第２導体部の両端のうち前記一端とは異なる他端から屈曲して前記第１接続部に並行に延びて前記第３導体部につながると共に、前記錐面の下部に沿って延びる第２接続部とを備えたことを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
円錐台形状の２つの金属部材の頂面同士を接合させた鼓状の被加熱物の２つの錐面を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記２つの錐面の下部から上部まで延びて接合された、「く」の字状の第１導体部と、
前記２つの錐面の下部に行くほど前記第１導体部から離れるように前記錐面の上部から下部まで延びる「く」の字状の第２導体部と、
前記第１導体部と前記第２導体部との間でこれら第１及び第２導体部双方に向き合って延びる第３導体部と、
前記第２導体部の両端のうち前記錐面の下部の側の一端から屈曲して前記第３導体部につながると共に、前記錐面の下部に沿って延びる第２接続部とを備えたことを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項３】
中空の円板状の平面部を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記平面部の外周縁部から内周縁部まで延びる第１導体部と、
前記平面部の外周縁部に行くほど前記第１導体部から離れるように前記平面部の内周縁部から外周縁部まで延びる第２導体部と、
前記第１導体部と前記第２導体部との間でこれら第１及び第２導体部双方に向き合って延びる第３導体部と、
前記第１導体部の両端のうち前記第２導体部に近い側の一端、及び、前記第２導体部の両端のうち前記第１導体部に近い側の一端双方をつなぐと共に、前記平面部の内周縁部に沿って延びる第１接続部と、
前記第２導体部の両端のうち前記一端とは異なる他端から屈曲して前記第１接続部に並行に延びて前記第３導体部につながると共に、前記平面部の外周縁部に沿って延びる第２接続部とを備えたことを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項４】
複数の前記第３導体部を備えたことを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱を利用して金属部材などの被加熱物を加熱する際に用いられる誘導加熱コイルに関し、例えば、被加熱物に形成された錐面を加熱するのに好適な誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱の対象となる金属部材には種々の形状のものがあり、金属部材には錐面や平面などのような様々な形状の面が形成されることがある。このような種々の形状の金属部材に形成された面を誘導加熱するに当っては、それぞれの形状に応じた形の誘導加熱コイルが使用される。
【０００３】
図５を参照して、円錐台形の金属部材の斜面を誘導加熱する誘導加熱コイルを説明する。
【０００４】
図５（ａ）は、円錐台形の金属部材とその斜面を誘導加熱する誘導加熱コイルを示す模式図であり、（ｂ）は、焼入後に生じたソフトスポットを示す模式図である。
【０００５】
図５に示すように、円錐台形の金属部材１０の斜面（錐面）１２を誘導加熱する誘導加熱コイルとしては、通常、ほぼ台形になるように折り曲げられた誘導加熱コイル２０が使用される。この台形状の誘導加熱コイル２０を使用し、金属部材１０の斜面１２を誘導加熱して硬化するに当っては、例えば、台形状の誘導加熱コイル２０の底辺２２が斜面１２の下部１４に位置すると共に上辺２３が斜面１２の上部１６に位置するように誘導加熱コイル２０を斜面１２に接近させた状態でこの斜面１２の一箇所（スタート位置）から矢印Ａ方向に移動させて連続的に加熱しながら急冷する。
【０００６】
このように、円錐台形の金属部材１０の斜面１２を誘導加熱する際に、ほぼ台形になるように折り曲げられた誘導加熱コイル２０が使用される理由を説明する。
【０００７】
金属部材１０が中心軸１０ａを中心にして回転するときの斜面１２の周速度は、斜面１２の上部１６と下部１４とでは異なる。このため、斜面の上下方向（矢印Ａ方向に直交する方向）に延びる直線状の誘導加熱コイルを用いて斜面１２を誘導加熱すると、斜面１２の上部１６と下部１４とでは誘導加熱コイルの移動速度が異なって加熱時間が異なるので加熱温度に差が生じるおそれがある。従って、斜面１２の上部１６と下部１４とで加熱温度が等しくなるように電力的に計算された台形状の誘導加熱コイル２０を用いるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した誘導加熱コイル２０を矢印Ａ方向に移動させて金属部材１０の斜面１２を加熱し急冷して硬化する際、誘導加熱コイル２０をスタートさせたスタート位置と停止させた停止位置とが重なると、硬化した部分のうちこの重なった部分が焼き戻されて軟化したり、焼割れが生じたりするおそれがある。このため、通常、誘導加熱コイル２０のスタート位置と停止位置とが重ならないように誘導加熱コイル２０を移動させる。
【０００９】
ところが、誘導加熱コイル２０の停止位置においては、斜面１２のうち、誘導加熱コイル２０の斜辺２４，２６に挟まれた面１２ａが斜辺２４によってのみ加熱され、斜辺２６によっては加熱されないこととなる。このため、面１２ａは十分に加熱されずに硬化されにくく、図５（ｂ）に示すように、ソフトスポット１８と呼ばれる比較的軟らかい部分が生じ易いという問題がある。特に、斜辺２４，２６の間隔が離れている下の部分が硬化しにくくソフトスポット１８が生じ易い。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、錐面であってもその全面を十分に加熱できる誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の誘導加熱コイルは、被加熱物を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（１）所定方向に延びる第１導体部
（２）上記所定方向に交差する方向に上記第１導体部に向き合って延びる第２導体部
（３）上記第１導体部と上記第２導体部との間でこれら第１及び第２導体部双方に向き合って延びる第３導体部
を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、
（４）上記誘導加熱コイルは、複数の上記第３導体部を備えてもよい。
【００１３】
また、
（５）上記第１及び上記第２導体部は、ハの字状をなすものであり、
上記誘導加熱コイルは、
（６）上記第１導体部の両端のうち、上記第２導体部に近い側の一端、及び、上記第２導体部の両端のうち、上記第１導体部に近い側の一端双方をつなぐ第１接続部
（７）上記第２導体部の両端のうち、上記一端とは異なる他端から屈曲して上記第１接続部に並行に延びて上記第３導体部につながる第２接続部
を備えてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の誘導加熱コイルの実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す正面図である。
【００１６】
誘導加熱コイル３０は銅製のパイプ状のものを折り曲げて作製されたものであり、誘導加熱コイル３０には、この誘導加熱コイル３０自身を冷却する冷却液が流れる流路３２が形成されている。誘導加熱コイル３０は、矢印Ｂ方向（本発明にいう所定方向の一例である）に延びる第１導体部３４と、矢印Ｂ方向に交差する矢印Ｃ方向に延びて第１導体部３２に向き合う第２導体部３６を有している。これら第１導体部３４と第２導体部３６とは「ハ」字状をなしている。この「ハ」字状をなす第１及び第２導体部３４，３６の間には、これら第１及び第２導体部３４，３６双方に向き合って延びる第３導体部３８が形成されている。この第３導体部３８は第１導体部３４の約４分の３程度の長さであり、「ハ」字状の内部の下端から上に向けて延びている。
【００１７】
また、誘導加熱コイル３０は、第１導体部３４の両端のうち、第２導体部３６に近い一端（矢印Ｂ方向の一端）３４ａと、第２導体部３６の両端のうち、第１導体部３４に近い一端（矢印Ｃ方向の一端）３６ａとの間を延びる第１接続部４０を有している。即ち、第１導体部３４の一端３４ａと第２導体部３６の一端３６ａとが第１接続部４０でつながれている。さらに、誘導加熱コイル３０は、第２導体部３６の両端のうち、一端３６ａとは異なる他端３６ｂから屈曲して第１接続部４０に並行に延びる第２接続部４２を有している。この第２接続部４２は、第１導体部３４に近い側で矢印Ｂ方向に屈曲して第３導体部３８の一端３８ａにつながっている。
【００１８】
第１導体部３４の他端３４ｂは矢印Ｂ方向とは反対の方向に延びてリード４４に接続されている。一方、第３導体部３８の他端３８ｂも矢印Ｂ方向とは反対の方向に延びてリード４６に接続されている。これらのリード４４，４６を介して誘導加熱コイル３０が高周波電源（図示せず）に接続されている。なお、ここでは第３導体部３８が１つの例を示したが、第１導体部３４と第２導体部３６との間に複数の第３導体部３８が位置するように構成しても良い。
【００１９】
図２を参照して、誘導加熱コイル３０を用いて錐面を加熱した後に急冷した実験結果を、比較例のものと共に説明する。
【００２０】
図２（ａ）は、図５の従来の誘導加熱コイル２０を用いて錐面１２を誘導加熱した後に急冷した実験結果を示す模式図であり、（ｂ）は、図１の誘導加熱コイル３０を用いて錐面１２を誘導加熱した後に急冷した実験結果を示す模式図である。図２では、図５の構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００２１】
この実験で使用した金属部材（本発明にいう被加熱物の一例である）１０は、Ｓ５３Ｃ（ＪＩＳ規格）で高さ１２．５ｃｍ、底面の直径３６ｃｍ、頂面の直径１６ｃｍの円錐台形状のものである。また、金属部材１０の斜面１２を誘導加熱する際の高周波電源の周波数を１０ｋＨｚ、出力を８０ｋＷとし、誘導加熱コイル２０，３０の移動速度を約３ｍｍ／秒とした。誘導加熱コイルを矢印Ａ方向に移動させながら加熱された部分を冷却液で急冷した。図１に示す誘導加熱コイル３０で斜面１２を加熱するに当っては、第１接続部４０を斜面１２の上部１６に沿って移動させると共に、第２接続部４２を斜面１２の下部１４に沿って移動させた。
【００２２】
図５に示す従来の誘導加熱コイル２０を用いた場合、図２（ａ）に示すように、斜面（錐面）１２の大部分の硬度はショア硬さでＨｓ７０〜８０の範囲内であったものの、ソフトスポット１８が生じた。このソフトスポット１８の硬度はＨｓ５０〜６０の範囲内であった。一方、図１に示すの本発明の誘導加熱コイル３０を用いた場合、図２（ｂ）に示すように、斜面（錐面）１２のほぼ全ての部分でＨｓ７０〜８０の範囲内の硬さが得られ、ソフトスポット１８が減少した。なお、斜面１２のうち、誘導加熱コイル２０，３０のスタート位置と停止位置の境目に相当する部分には、ソフトゾーン１９と呼ばれる硬度のやや低い部分が形成された。
【００２３】
このように誘導加熱コイル３０を用いて錐面１２を誘導加熱した後に急冷すると、誘導加熱コイル３０の停止位置では、第１導体部３４と第２導体部３６との間のソフトスポット１８になり易い部分も第３導体部３８によって加熱される。このため、ソフトスポット１８になり易い部分は所定の焼入温度まで加熱されることとなり、ソフトスポット１８を減少できる。また、第１導体部３４と第２導体部３６との間に複数の第３導体部３８を形成しておくと、第１導体部３４と第２導体部３６との間が充分に加熱されることとなるので、ソフトスポット１８を一層減少できる。
【００２４】
図３、図４を参照して、鼓状の金属部材と円板状の金属部材を誘導加熱するための誘導加熱コイルを示す。
【００２５】
図３は、金属部材が鼓状の場合を示す、（ａ）は誘導加熱コイルを示す正面図、（ｂ）は加熱している様子を示す模式図である。また、図４は、円板状の金属部材を加熱している様子を示す模式図である。
【００２６】
図３に示すように、鼓状の金属部材５０、即ち、円錐台形状の２つの金属部材１０（図２参照）の頂面同士を接合したような形状の金属部材５０の場合、使用される誘導加熱コイル６０も、２つの誘導加熱コイル３０（図１参照）それぞれの第１接続部４０同士を接合したような形状となる。ただし、第１接続部４０に対応する部分は無い。誘導加熱コイル６０は、その中央部６２で「く」の字状に折り曲げられており、鼓状の金属部材５０の外周面から一定距離だけ離れて移動できるようになっている。誘導加熱コイル６０には、誘導加熱コイル３０の第３導体部に相当する導体部６６，６８が形成されている。このため、ソフトスポット１８（図２参照）を減少できる。
【００２７】
図４に示すように、被加熱物が円板状の金属部材７０であり、この金属部材７０の表面７２を誘導加熱する場合は、誘導加熱コイル３０（図１参照）を使用できる。この場合も、上述したと同様の理由でソフトスポット１８（図２参照）を減少できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘導加熱コイルで錐面を加熱すると、第１導体部と第２導体部との間も第３導体部によって加熱されるので、錐面であってもその全面を十分に加熱でき、ソフトスポットを減少できることとなる。
【００２９】
ここで、誘導加熱コイルが複数の第３導体部を備えた場合は、第１導体部と第２導体部との間を一層充分に加熱できるので、ソフトスポットをさらに減少できる。
【００３０】
また、第１及び第２導体部はハの字状をなすものであり、第１導体部の両端のうち、第２導体部に近い側の一端、及び、第２導体部の両端のうち、第１導体部に近い側の一端双方をつなぐ第１接続部と、第２導体部の両端のうち、一端とは異なる他端から屈曲して第１接続部に並行に延びて第３導体部につながる第２接続部とを備えた場合は、比較的簡易な形状の誘導加熱コイルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を示す正面図である。
【図２】（ａ）は、図５の従来の誘導加熱コイルを用いて錐面を誘導加熱した後に急冷した実験結果を示す模式図であり、（ｂ）は、図１の誘導加熱コイルを用いて錐面を誘導加熱した後に急冷した実験結果を示す模式図である。
【図３】金属部材が鼓状の場合を示す、（ａ）は誘導加熱コイルを示す正面図、（ｂ）は金属部材を加熱している様子を示す模式図である。
【図４】円板状の金属部材を加熱している様子を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、円錐台形の金属部材とその斜面を誘導加熱する従来の誘導加熱コイルを示す模式図であり、（ｂ）は、焼入後に生じたソフトスポットを示す模式図である。
【符号の説明】
１０，５０，７０  金属部材
１２  斜面（錐面）
３０，６０  誘導加熱コイル
３４  第１導体部
３６  第２導体部
３８  第３導体部
４０  第１接続部
４２  第２接続部
【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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