(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１グループの誘導加熱コイル群と第２グループの誘導加熱コイル群と前記第１グループの誘導加熱コイル群に接続可能な第１トランス及び前記第２グループの誘導加熱コイル群に接続可能な第２トランスとを備え、
ワークの加熱部位に合わせて前記第１グループの誘導加熱コイルと前記第２グループの誘導加熱コイルを交互に配置し、
高周波電源と前記第１及び第２グループの誘導加熱コイル群との接続切換を行うトランス切換手段を設け、
更に、前記各トランスと前記各誘導加熱コイルとを接続する移動型接続手段と該移動型接続手段の移動を制御する移動制御手段とを設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
ワークの加熱部位に合わせて第１グループの誘導加熱コイルと第２グループの誘導加熱コイルを交互に配置し、
高周波電源に前記第１グループ及び第２グループの誘導加熱コイルをそれぞれ切換スイッチを介して接続し、前記第１グループ及び第２グループの誘導加熱コイルに流す電流を順次切り換え、
隣り合う前記誘導加熱コイルの電流切換に際して、該電流切換前に通電している前記誘導加熱コイルと該電流切換後に通電する前記誘導加熱コイルとの両方の通電を所定時間ラップさせることを特徴とする誘導加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱装置及び方法に関し、特に、複数の誘導加熱コイルを使用し、小型で、均一な加熱をすることができる誘導加熱装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波誘導加熱方式では、高周波発振電源より出力された高周波電流を高周波共振トランスを介して誘導加熱コイルに大電流を流す。その電流により、コイル近傍のワーク（例えば金属部品）に渦電流を発生させて、その渦電流により発生するジュール熱により、金属部品を加熱（焼き入れ、溶融、余熱）する。また、高周波（数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ）の大電流を流すので、大型の高周波発生電源装置や、出力トランスが必要になる。
【０００３】
図６に示すように、ワ−ク５４（この場合鋼板）を加熱する場合では、高周波電源５０はケーブル５１を介してトランス５２に接続され、更に、トランス５２を経て誘導加熱コイル５３に接続されている。ワーク５４は誘導加熱コイル５３により加熱される。このとき、誘導加熱コイル５３は、ワーク５４の近傍に沿って矢印５５方向に移動させられる。
【０００４】
また、図７に示すように、ワーク６４の加熱する部位に複数台の誘導加熱コイル６３ａ〜６３ｃ、トランス６２ａ〜６２ｃ及び高周波電源６０ａ〜６０ｃを配置する方法がある。
図７において、高周波電源６０ａはケーブル６１ａを介してトランス６２ａに接続され、更に、トランス６２ａを経て、誘導加熱コイル６３ａに接続されている。同様に、高周波電源６０ｂはケーブル６１ｂを介してトランス６２ｂに接続され、更に、トランス６２ｂを経て、誘導加熱コイル６３ｂに接続されている。
更に、高周波電源６０ｃはケーブル６１ｃを介してトランス６２ｃに接続され、更に、トランス６２ｃを経て、誘導加熱コイル６３ｃに接続されている。ワーク６４は誘導加熱コイル６３ａ、６３ｂ、６３ｃにより加熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワークを高周波誘導加熱（焼き入れ、溶融、余熱）する場合、図６に示す誘導加熱コイル移動式では、図８に示すように誘導加熱コイル８１（誘導加熱コイル５３に相当する。）の形状が固定され、更に、ワーク８２（ワーク５４に相当する。）の凹凸形状が固定されるため、ワーク８２の凹凸形状が複雑なものでは、誘導加熱を均一に行うことができない。このため、誘導加熱コイル８１により加熱される部位である焼き入れ部位８２ａ、８２ｂ、８２ｃは、ワーク８２の全体ではなく、ワーク８２の一部分となるという欠点があった。
更に、図７に示すように、複数台の誘導加熱コイル６３ａ〜６３ｃ、トランス６２ａ〜６２ｃ及び高周波電源６０ａ〜６０ｃを配置する場合は、ワーク６４の凹凸に合わせて誘導加熱コイル６３ａ〜６３ｃを配置することができ、加工も早くなるが、１つの誘導加熱コイル６３ａ〜６３ｃでの加工範囲が狭いため、ワーク６４の加工部位が広い（数十ｍｍ以上）と設備内でのトランス６２ａ〜６２ｃと誘導加熱コイル６３ａ〜６３ｃの配置が困難となる。また、設備が成り立っても、非常に高価なものになるという欠点があった。
従って、本願発明の目的は、上述の従来例の欠点をなくし、複数の誘導加熱コイルを使用し、小型でワークを均一に加熱できる誘導加熱装置及び方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の第１の発明の構成は、第１グループの誘導加熱コイル群と第２グループの誘導加熱コイル群と前記第１グループの誘導加熱コイル群に接続可能な第１トランス及び前記第２グループの誘導加熱コイル群に接続可能な第２トランスとを備え、ワークの加熱部位に合わせて前記第１グループの誘導加熱コイルと前記第２グループの誘導加熱コイルを交互に配置し、高周波電源と前記第１及び第２グループの誘導加熱コイル群との接続切換を行うトランス切換手段を設け、更に、前記各トランスと前記各誘導加熱コイルとを接続する移動型接続手段と該移動型接続手段の移動を制御する移動制御手段とを設けたことを特徴とする誘導加熱装置である。
【０００９】
上記第１の発明の構成により、第１グループの誘導加熱コイル群と第２グループの誘導加熱コイル群と前記第１グループの誘導加熱コイル群に接続可能な第１トランス及び前記第２グループの誘導加熱コイル群に接続可能な第２トランスとを備えているので、前記第１グループの誘導加熱コイル群に第１トランスを介して通電し、前記第２グループの誘導加熱コイル群に第２トランスを介して通電することができる。
更に、ワークの加熱部位に合わせて前記第１グループの誘導加熱コイルと前記第２グループの誘導加熱コイルを交互に配置しているので、ワークを互いに隣接する第１グループの誘導加熱コイルと第２グループの誘導加熱コイルとで交互に加熱することができる。
更に、高周波電源と前記第１及び第２グループの誘導加熱コイル群との接続切換を行うトランス切換手段を設けているので、トランス切換手段により高周波電源を前記第１及び第２グループの誘導加熱コイルの接続を切り換えることができる。
更に、前記各トランスと前記各誘導加熱コイルとを接続する移動型接続手段と該移動型接続手段の移動を制御する移動制御手段とを設けたので、該移動型接続手段により発熱する誘導加熱コイルの切換を順次行うので、誘導加熱装置全体の小型化とワークの均一な加熱が可能になる。
【００１２】
更に、第２の発明の構成は、ワークの加熱部位に合わせて第１グループの誘導加熱コイルと第２グループの誘導加熱コイルを交互に配置し、高周波電源に前記第１グループ及び第２グループの誘導加熱コイルをそれぞれ切換スイッチを介して接続し、前記第１グループ及び第２グループの誘導加熱コイルに流す電流を順次切り換え、隣り合う前記誘導加熱コイルの電流切換に際して、該電流切換前に通電している前記誘導加熱コイルと該電流切換後に通電する前記誘導加熱コイルとの両方の通電を所定時間ラップさせることを特徴とする誘導加熱方法である。
【００１３】
上記第２の発明の構成による誘導加熱方法により、ワークの加熱部位に合わせて第１グループの誘導加熱コイルと第２グループの誘導加熱コイルを交互に配置しているので、互いに隣接する第１グループの誘導加熱コイルと第２グループの誘導加熱コイルにより交互にワークを加熱することができる。
更に、切換スイッチによる誘導加熱コイルの電流切換に際して、該電流切換前に通電している前記誘導加熱コイルと該電流切換後に通電する前記誘導加熱コイルとの両方の通電を所定時間ラップさせるので、電流切換前の誘導加熱コイルによる誘導発熱領域から電流切換後の誘導加熱コイルによる誘導発熱領域への移行を安定に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本願発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は該実施の形態を示す。なお、図１において、（ａ）は該実施の形態の概略を示し、（ｂ）は誘導加熱コイルとワークを示す。図２は、該実施の形態の動作を説明し、図３は該実施の形態の詳細を示し、図４は図３に示すものの動作を説明し、図５は該実施の形態の変形例の動作を示している。
図１（ａ）において、出力トランス２１は図示しない高周波電源から高周波電力を受けている。切換スイッチ２２は、該高周波電力を各誘導加熱コイル２３（ａ1 、ａ2 、ａ3 、ａ4 のようにａ側の誘導加熱コイル）に切り換えるものである。
更に、出力トランス３１は図示しない高周波電源から高周波電力を受けている。切換スイッチ３２は、該高周波電力を各誘導加熱コイル３３（ｂ1 、ｂ2 、ｂ3 のようにｂ側の誘導加熱コイル）に切り換えるものである。
ワーク１０は、誘導加熱コイル２３、３３により加熱される。なお、矢印２４はａ側誘導加熱コイル２３の切換方向を示し、矢印３４はｂ側誘導加熱コイル３３の切換方向を示す。
図１（ｂ）に示すように、誘導加熱コイル２３（及び３３）とワーク１０との間にクリアランスＬが設けられている。ワーク１０の厚さは、例えば０．９ｍｍである。
【００１７】
図２において、誘導加熱コイル（以下各図の説明において「コイル」とする。）ａ1 の加熱領域はｃ1 であり、コイルｂ1 の加熱領域はｃ2 である。更に、コイルａ2 の加熱領域はｃ3 であり、コイルｂ2 の加熱領域はｃ4 である。誘導発熱領域は、ｃ1 、ｃ2 、ｃ3 、ｃ4―方向に順次移動する。
ａ側トランス２１の出力及びｂ側トランス３１の出力は図示のように切り替わる。更に、ａ側コイル２３及びｂ側コイル３３が図示のように切り替わる。コイルａ１、コイルｂ１、コイルａ２及びコイルｂ２には図示のように順次高周波（例えば４００ｋＨｚ）電流Ｉｐが流れる。なお、電流Ｉｐは、例えば２０００〜３０００Ａである。
【００１８】
即ち、コイルｂ1 に電流Ｉｐを流し、コイルａ1 の電流Ｉｐが切れている間にａ側のコイルをコイルａ1 からコイルａ2 に切り換える。次に、コイルａ2 に電流Ｉｐを流し、コイルｂ1 の電流が切れている間にｂ側のコイルをコイルｂ1 からコイルｂ2 に切り換える。
これを繰り返すことにより、ワーク１０における誘導発熱領域の移動を切れ間なく安定して制御することができる。
コイルａ、ｂに流す電流Ｉｐは、ワーク１０の材質、形状により電流Ｉｐをラップ（ラップ時間ＴL ）させながら切り換える。またコイルに対して電流Ｉｐを供給するための出力トランス２１、３１と高周波電源との台数関係は、
コイルの数＞出力トランス２１、３１の数≧高周波電源の数
となる。
【００１９】
図３において、高周波電源４０は、トランス切換装置４１によりトランス２１及びトランス３１に接続される。コイル切換コントローラ４２はトランス切換装置４１の制御信号（後述するＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｄの制御信号）をトランス切換装置４１に加えるとともに、駆動切換装置４３を制御する。なお、４４は駆動切換装置４３の駆動用電源である。駆動切換装置４３は移動連結ユニット４５、４６のモータ４５ｃ、４６ｃを駆動する。
トランス切換装置４１は、電力用スイッチング素子としてのＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｄとダイオード４１ｅ〜４１ｈが逆並列に接続されている。直列に接続されたＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂがコンデンサ２１ａを介してトランス２１に接続され、一方直列に接続されたＩＧＢＴ４１ｃ、４１ｄがコンデンサ３１ｂを介してトランス３１に接続されている。なお、ダイオード４１ｅ〜４１ｈはＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｄの保護用である。
コンデンサ２１ａ、２１ｂはトランス２１と直接共振回路（高周波電源４０の周波数と共振する。）を形成し、コンデンサ３１ａ、３１ｂはトランス３１と前記直列共振回路を形成している。
低インピーダンスブース５１はトランス２１と各端子５３（１０個の端子５３が図示されている。）とを接続し、低インピーダンスブース５２はトランス３１と各端子５４（１０個の端子５４が図示されている。）とを接続している。
【００２０】
移動連結ユニット４５は、絶縁ベース４５ａ、連結電極４５ｂ、モータ４５ｃ及びねじ状部材４５ｄからなる。連結電極４５ｂは絶縁ベース４５ａ上に配設されている。絶縁ベース４５ａはねじ状部材４５ｄに螺合しているので、モータ４５ｃがねじ状部材４５ｄを回転させると、絶縁ベース４５ａは矢印４５ｅ方向に移動する。このため、連結電極４５ｂが低インピーダンスブース５１及び端子５３を介してトランス２１と接続するコイル２３がコイルａ1 、コイルａ2 、コイルａ3 ─と順次切り替わる。
同様に、移動連結ユニット４６は、絶縁ベース４６ａ、連結電極４６ｂ、モータ４６ｃ及びねじ状部材４６ｄからなる。連結電極４６ｂは絶縁ベース４６ａ上に配設されている。絶縁ベース４６ａはねじ状部材４６ｄに螺合しているので、モータ４６ｃがねじ状部材４６ｄを回転させると、絶縁ベース４６ａは矢印４６ｅ方向に移動する。このため、連結電極４６ｂが低インピーダンスブース５２及び端子５４を介してトランス３１と接続するコイル３３がコイルｂ1 、コイルｂ2 、コイルｂ3 ─と順次切り替わる。なお、矢印４７は、このときの発熱領域移動の方向を示す。
【００２１】
図４において、高周波電源４０、ａ側トランス２１の切換、ｂ側トランス３１の切換、ａ側コイル２３の切換、ｂ側コイル３３の切換、コイルａ1 、ｂ1 、ａ2 、ｂ2 の電流Ｉｐの切換が表示されている。
はじめにスタートＰ1 のタイミングで、トランス切換装置４１によりａ側のトランス２１をオンし、高周波電源４０よりコイルａ1 に高周波電流Ｉｐを流し、ワーク１０に誘導発熱領域ｃ1 を形成する。
次に、Ｐ2 のタイミングで高周波電源４０よりの高周波電力の供給をオフし、トランス切換装置４１のａ側トランス２１をオフし、ｂ側トランス３１をオン後、再度、高周波電源４０よりの高周波電力の供給をオンし、コイルｂ1 に電流Ｉｐを流し、ワーク１０に誘導発熱領域ｃ2 を形成する。
そして、コイルｂ1 に電流Ｉｐを流している途中のＰ3 のタイミングで、移動連結ユニット４５を移動させて、トランス２１に接続されるコイルをコイルａ1 からコイルａ2 に切り換え、コイルａ2 の電流オンを待つ。
Ｐ4 のタイミングで、高周波電源４０よりの高周波電力の供給をオフし、トランス切換装置４１のｂ側トランス３１をオフし、ａ側トランス２１をオン後、再度、高周波電源４０よりの高周波電力の供給をオンし、コイルａ2 に電流Ｉｐを流し、ワーク１０に誘導発熱領域ｃ3 を形成する。
【００２２】
そして、コイルａ2 に電流Ｉｐを流している途中のＰ5 のタイミングで、移動連結ユニット４６を移動させて、トランス３１に接続されるコイルをコイルｂ1 からコイルｂ2 に切り換え、コイルｂ2 の通電オンを待つ。
Ｐ6 のタイミングで、高周波電源４０よりの高周波電力の供給をオフし、トランス切換装置４１のａ側トランス２１をオフ、ｂ側トランス３１をオン後、再度、高周波電力の供給をオンし、コイルｂ2 に電流Ｉｐを流し、ワーク１０に誘導発熱領域ｃ4 を形成する。
以上の切換を最終誘導加熱コイルまで繰り返すことにより、ワーク１０に対して高周波による誘導発熱の移動を行うことができる。
【００２３】
図３及び図４の方法で、ワーク１０の材質、形状に左右されず、誘導発熱の移動を安定させることのできるコイル切換方法を図５に示す。
図５において、コイルａ1 からコイルｂ1 に切り替わる時に、コイルａ1 とコイルｂ1 とをコイルａ1 の元来の通電時間Ｔ1 より短い時間Ｔ3 で交互に切り換えて通電（通電時間Ｔ2 ）している。なお、コイルｂ1 の元来の通電時間もＴ1 である。このようにして、コイルａ1 及びコイルｂ1 を電流Ｉｐが流れるように切替わる。
Ｐ2 の切換タイミングで、コイル切換コントローラ４２により高周波電源４０の出力のオン・オフ及びトランス切換装置４１のスイッチング素子となるＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｄを制御して、ハード切換接点なしで、高速（周期＜１秒）で、安定した高周波出力切換を実現することにより、ａ側コイル２３及びｂ側コイル３３に連続的なパルス（オン時間Ｔ2 、オフ時間Ｔ3 ）の高周波電流Ｉｐを流すことにより、誘導発熱領域のｃ1 とｃ2 の境界部位にて、誘導発熱不足を解消できる。この方法を、図４の各切替タイミングに加えることにより、どのようなワーク１０に対しても、安定した誘導発熱の移動を実現できる。
【００２４】
以上の構成により、ワーク１０の加熱部位に合わせて配置された複数の誘導加熱コイル２３、３３がワーク１０を誘導加熱する。その際、前記複数の誘導加熱コイル２３、３３に電流を供給する高周波電源４０に前記複数の誘導加熱コイル２３、３３をそれぞれ切換スイッチ２２、３２を介して接続し、前記複数の誘導加熱コイル２３、３３に流す電流を順次切り換えるための前記切換スイッチ２２、３２（トランス切換装置４１が相当する。）の制御部（コイル切換コントーラ４２が相当する。）を備えるので、前記複数の誘導加熱コイル２３、３３に対して前記高周波電源４０を共有し切換制御を行うため、誘導加熱装置全体が小型になる。
【００２５】
更に、第１グループの誘導加熱コイル２３群と第２グループの誘導加熱コイル３３群と前記第１グループの誘導加熱コイル２３群に接続可能な第１トランス２１及び前記第２グループの誘導加熱コイル３３群に接続可能な第２トランス３１とを備えているので、前記第１グループの誘導加熱コイル２３群に第１トランス２１を介して通電し、前記第２グループの誘導加熱コイル３３群に第２トランス３１を介して通電することができる。
更に、ワーク１０の加熱部位に合わせて前記第１グループの誘導加熱コイル２３と前記第２グループの誘導加熱コイル３３を交互に配置しているので、ワーク１０を互いに隣接する第１グループの誘導加熱コイル２３と第２グループの誘導加熱コイル３３とで交互に加熱することができる。
【００２６】
更に、高周波電源４０と前記第１及び第２グループの誘導加熱コイル２３、３３群との接続切換を行うトランス切換手段（トランス切換装置４１が相当する。）を設けているので、トランス切換手段により高周波電源４０と前記第１及び第２グループの誘導加熱コイル２３、３３の接続を切り換えることができる。
更に、前記各トランス２１、３１と前記各誘導加熱コイル２３、３３とを接続する移動型接続手段（移動連結ユニット４５、４６が相当する。）と該移動型接続手段の移動を制御する移動制御手段（駆動切換装置４３が相当する。）とを設けたので、該移動型接続手段により発熱する誘導加熱コイル２３、３３の切換を順次行うため、誘導加熱装置全体の小型化とワーク１０の均一な加熱が可能になる。
【００２７】
更に、第１グループの誘導加熱コイル２３と第２グループの誘導加熱コイル３３との電流切換に際して、該電流切換前に通電している前記誘導加熱コイルと該電流切換後に通電する前記誘導加熱コイルとの両方の通電を所定時間ラップさせるので、誘導発熱領域ｃ1 、ｃ2 等が電流切換前の誘導加熱コイルによるものから電流切換後の誘導加熱コイルによるものへ安定に移行することができる。
更に、高周波電源４０に前記第１グループ及び第２グループの誘導加熱コイル２３、３３をそれぞれ切換スイッチ２２、３２を介して接続し、前記第１グループ及び第２グループの誘導加熱コイル２３、３３に流す電流を順次切り換え、隣り合う前記誘導加熱コイル２３、３３の電流切換に際して、前記誘導加熱コイル２３、３３の元来の通電時間Ｔ1 より短い時間Ｔ3 に前記第１グループの誘導加熱コイル２３と前記第２グループの誘導加熱コイル３３を交互に切り換えて通電するので、第１の誘導加熱コイル２３と第２の誘導加熱コイル３３の切換時においてワーク１０の誘導発熱領域ｃ1 、ｃ2 等の移行を安定に行える。
【００２８】
【発明の効果】
本願の第１の発明に係わる誘導加熱装置によって、発熱するコイルの切換を順次行うので、誘導加熱装置の小型化とワークの均一な加熱が可能になる。
更に、高周波電源１台に対して、複数の出力トランスを接続することができるので、誘導加熱装置の大幅なコスト低減を図ることができる。
更に、第２の発明に係わる誘導加熱方法によれば、誘導加熱コイル切換時のワークの発熱領域の移行を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態を示している説明図である。
【図２】該実施の形態の動作説明図である。
【図３】該実施の形態の詳細回路図である。
【図４】図３に示すものの動作説明図である。
【図５】該実施の形態の変形例の説明図である。
【図６】従来例の説明図である。
【図７】他の従来例の説明図である。
【図８】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
１０  ワーク
２１、３１  トランス
２２、３２  切換スイッチ
２３、３３  誘導加熱コイル
４０  高周波電源
４１  トランス切換装置
４２  コイル切換コントローラ
４３  駆動切換装置
４５、４６  移動連結ユニット
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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