(57)【要約】【課題】筒状金属部材の全体をより均一に加熱することのできる誘導加熱装置を提供する。【解決手段】導電性金属で形成された筒状金属部材を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記筒状金属部材の上下両面にそれぞれ接近してコイル導体を渦巻き状に巻回して構成した平板状の上側誘導加熱コイルと下側誘導加熱コイルを配置し、前記筒状金属部材の内周面に接近してその内部中空部にコイル導体をスパイラル状に巻回して構成した筒状の内側誘導加熱コイルを挿入配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属で形成された筒状金属部材を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記筒状金属部材の上下両面にそれぞれ接近してコイル導体を渦巻き状に巻回して構成した平板状の上側誘導加熱コイルと下側誘導加熱コイルを配置し、前記筒状金属部材の内部中空部にコイル導体をスパイラル状に巻回して構成した筒状の内側誘導加熱コイルを挿入配置することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記上側誘導加熱コイルと下側誘導加熱コイルの何れか一方の誘導加熱コイルと前記内側誘導加熱コイルとを直列接続して一体的に構成することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記の直列接続して一体に構成された下側誘導加熱コイルまたは上側誘導加熱コイルと内側誘導加熱コイルとに上側誘導加熱コイルまたは下側誘導加熱コイルを可撓性導体を介して直列接続することを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記の直列接続して一体に構成された下側誘導加熱コイルまたは上側誘導加熱コイルと内側誘導加熱コイルと、上側誘導加熱コイルまたは下側誘導加熱コイルとをそれぞれ耐熱性断熱層で包み込んで成形コイル体とすることを特徴とする請求項２または３に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記各誘導加熱コイルを構成するコイル導体は冷却流体通流路に冷却流体を通流させて冷却を行なう流体冷却形導体とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記上側誘導加熱コイルの上方および下側誘導加熱コイルの下方にそれぞれ磁気遮蔽片を配置することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒状やリング状に形成された導電性を有する筒状金属部材を誘導加熱により加熱するための誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状やリング状の筒状金属部材の外周面および内周面を均一に加熱するために、従来から特許文献１および２に示されるように、筒状金属部材の内外周に接近して円筒状に巻回して構成した誘導加熱コイルを配置し、この誘導加熱コイルに高周波電流を供給して筒状金属部材を誘導加熱するようにした誘導加熱装置が知られている。
【０００３】
図６は、このような従来の誘導加熱装置の主要部の構成を示す縦断面図である。
【０００４】
図６において、１は、被加熱物となる円筒状金属部材である。この金属部材１の内周面に接近するようにその内側の中空部１１内に円筒状に巻回して構成した内側誘導加熱コイル２が挿入配置され、金属部材１の外周面に接近するようにこれを取り囲んで、同様に円筒状に構成した外側誘導加熱コイル３が配置される。
【０００５】
このような構成において、内外の２つの誘導加熱コイル２、３を直列または並列に接続して、図示しない高周波電源から高周波電流を供給すると、被加熱物の円筒状金属部材１に内外周から交番磁束が印加され、金属部材１の内外周面が同時に誘導加熱されるので、金属部材１の内外周面を均等に加熱することができる。
【０００６】
この円筒状金属部材１を、内外の何れか一方の誘導加熱コイルだけで誘導加熱した場合は、円筒状金属部材の内外周面の何れか一方の面しか誘導加熱されないので内外周面を均等に加熱することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４‐２０４２６２号公報
【特許文献２】特開平０７-２２４３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の誘導加熱装置においては、円筒状金属部材の内外周に円筒状の誘導加熱コイルが配置されるので、内、外側誘導加熱コイルによって作られる磁束は、図７に示すように分布する。
【０００９】
図７は、誘導加熱装置の円筒状金属部材１、内外の誘導加熱コイル２、３の中心線ＣＬから右側半部の縦断面内の磁束分布を示すものである。この図７に示すように、内、外側誘導加熱コイル２、３で発生された磁束は、被加熱物である円筒状金属部材１の内外周面に集中するようになる。
【００１０】
このため円筒状金属部材１は、内周面および外周面はよく加熱されるが、上、下面は磁束の通過が少ないため、外周面に比べて加熱されにくくなり、上、下面の加熱温度が、内、外周面の加熱温度より低くなる。
【００１１】
また、誘導加熱コイルによる磁束は、円筒状金属部材１の内外周のエッジ部に磁束が集中するようになるので、金属部材の内外周エッジ部の加熱温度が極端に高くなることがある。
【００１２】
このように従来の誘導加熱装置により円筒状金属部材を誘導加熱した場合は、円筒状金属部材の内外周のエッジ部が著しく高い温度に加熱され、内外周面がこれに次ぐ温度に加熱され、上、下面はこれらより低い温度にしか加熱されないので、全体を均一な温度に加熱することが困難となる。
【００１３】
この発明は、このような問題を解決して、筒状金属部材の全体をより均一に加熱することのできる誘導加熱装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、このような課題を解決するために、導電性金属で形成された筒状金属部材を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記筒状金属部材の上下両面にそれぞれ接近してコイル導体を渦巻き状に巻回して構成した平板状の上側誘導加熱コイルと下側誘導加熱コイルを配置し、前記筒状金属部材の内部中空部にコイル導体をスパイラル状に巻回して構成した円筒状の内側誘導加熱コイルを挿入配置することを特徴とするものである。
【００１５】
この発明においては、前記上側誘導加熱コイルと下側誘導加熱コイルの何れか一方の誘導加熱コイルと前記内側誘導加熱コイルとを直列接続して一体的に構成するのがよい。
【００１６】
また、前記の直列接続して一体に構成された下側誘導加熱コイルまたは上側誘導加熱コイルと内側誘導加熱コイルとに、上側誘導加熱コイルまたは下側誘導加熱コイルを可撓性導体を介して直列接続することができる。
【００１７】
さらに、前記の直列接続して一体に構成された下側誘導加熱コイルまたは上側誘導加熱コイルと内側誘導加熱コイルと、上側誘導加熱コイルまたは下側誘導加熱コイルとをそれぞれ耐熱性断熱層で包み込んで成形コイル体とするのがよい。
【００１８】
さらにまた、前記各誘導加熱コイルを構成するコイル導体は、冷却流体通流路に冷却流体を通流させて冷却を行なう流体冷却形導体とすることができる。
【００１９】
さらにまた、前記上側誘導加熱コイルの上方および下側誘導加熱コイルの下方にそれぞれ磁気遮蔽片を配置することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、被加熱物となる導電性金属で形成された筒状金属部材の上下両面にそれぞれ、コイル導体を渦巻き状に巻回して構成した平板状の上側誘導加熱コイルおよび下側誘導加熱コイルを配置し、筒状金属部材の内部中空部にコイル導体スパイラル状に巻回して構成した筒状の内側誘導加熱コイルを配置しているので、平板状の上側、下側誘導加熱コイルによって筒状金属部材の上、下面および外周面を誘導加熱することができ、そして内側誘導加熱コイルによって筒状金属部材の内周面を誘導加熱することができるので、円筒状金属部材の全体を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の第１の実施例の誘導加熱装置の主要部の構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施例の誘導加熱装置の主要部の構成を分解して示す斜視図である。
【図３】この発明の誘導加熱装置の縦断面の磁束分布を示す図である。
【図４】この発明の第２の実施例の誘導加熱装置の構成を示す縦断面図である。
【図５】この発明の第３の実施例の誘導加熱装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】従来の誘導加熱装置の主要部の構成を示す縦断面図である。
【図７】従来の誘導加熱装置の縦断面の磁束分布示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１および図２にこの発明の第１の実施例の誘導加熱装置の主要部の構成を示す。
【００２４】
図１および図２において、１は、内部に中空部１１を有する導電性金属で形成された被加熱物となる円筒状金属部材である。４は、コイル導体を渦巻き状に巻回して構成した円形の平板状上側誘導加熱コイルであり、コイルの巻始端および巻終端から接続端子導体４１、４２が引き出されている。５は、上側誘導加熱コイルと同様に、コイル導体を渦巻き状に巻回して構成した円形の平板状の下側誘導加熱コイルである。また、６はコイル導体をスパイラル状に巻回して構成した円筒状の内側誘導加熱コイルである。
【００２５】
下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６とは互いにそれぞれの一方の接続端子導体を内部で直列接続して一体的に構成され、両端から接続端子導体５１、６２が引き出されている。この場合、両コイル５、６を共通のコイル導体で直列に形成することにより、一体構成とすることもできる。
【００２６】
ここでは、下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６とは互いにそれぞれの一方の接続端子導体を内部で直列接続して一体的に構成するようにしているが、上側誘導加熱コイル４と内側誘導加熱コイル６とを互いにそれぞれの一方の接続端子導体を内部で直列接続して一体的に構成するようにしてもよい。
【００２７】
一体構成された下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６が被加熱部材である円筒状金属部材１の下側から配置される。このとき、円筒状の内側誘導加熱コイル６が円筒状金属部材１の内部中空部１１に挿入され、金属部材１の内周面と近接対向するとともに、平板状下側誘導加熱コイル５が、円筒状金属部材１の下面に近接対向するようにする。
【００２８】
このように、下側および内部に下側誘導加熱コイル５および内側誘導加熱コイル６の配置された円筒状金属部材１の上面に対向して平円板状の上側誘導加熱コイル４を近接配置する。
【００２９】
このように構成することにより、円筒状金属部材１の上、下両面に近接してそれぞれ平板状の上側誘導加熱コイル４および下側誘導加熱コイル５が配置され、内周面に近接して円筒状の内側誘導加熱コイル６が配置される。
【００３０】
加熱する際は、３つの誘導加熱コイル４、５、６を直列接続して図示しない高周波電源から共通に高周波電流を供給するようにすると電流の調節を共通にできるので、制御が簡単になる。
【００３１】
この第１の実施例の誘導加熱装置における加熱時の磁束分布を図３に示す。この図３は、図７と同様に被加熱物である円筒状金属部材１、上、下側誘導加熱コイル４、５および内側誘導加熱コイル６の中心線ＣＬから右半部の縦断面に置ける磁束分布を示す。
【００３２】
この第１の実施例の誘導加熱装置においては、図３に示すように、上、下側誘導加熱コイル４、５により発生された磁束が、円筒状金属部材１の上下両面および外周面を通り、内側誘導加熱コイル６で発生された磁束が、円筒状金属部材１の内周面を通過するようになるので、円筒状金属部材１の上、下両面、および内、外周両面が均等に誘導加熱されるので、円筒状金属部材１を全体に均一加熱することができる。
【実施例２】
【００３３】
次のこの発明のより具体的な第２の実施例について説明する。
【００３４】
図４は、この発明の第２の実施例の誘導加熱装置の構成を示す縦断面図である。
【００３５】
図４における上側誘導加熱コイル４は、全体を耐熱セメント等で構成された耐熱性断熱層４８で包み込まれ、固い円形の平板状のコイル体４Ａを構成する。また、下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６は、一体にこれも耐熱性断熱層５８で包み込まれ、固い円形の凸形状の組コイル体５Ａを構成する。
【００３６】
下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６を耐熱性断熱材５８で包み込んで構成した組コイル体５Ａは、基盤８上に設置された支持台８１上に載置固定される。誘導加熱コイル４を耐熱性断熱層４８で包み込んで構成したコイル体４Ａは、基盤８上に設置された昇降機構９の昇降棒９１により昇降可能に支持されている。上側誘導加熱コイル４の端子導体４１は、下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６を含む組コイル体５Ａの端子導体６２に可撓性導体７を介して接続する。これにより上側誘導加熱コイル４を含むコイル体４Ａは移動可能な構成となる。そして、上側誘導加熱コイル４と、下側誘導加熱コイル５および内側誘導加熱コイル６が全て直列に接続されるので、誘導加熱を行なうときは、上側誘導加熱コイル４から引き出された接続端子導体４２と下側誘導加熱コイル５から引き出された接続端子導体５１が電源接続端子となり図示しない高周波電源に接続される。
【００３７】
円筒状金属部材１を誘導加熱する際は、まず、昇降機構９により、上側誘導加熱コイル４を含むコイル体４Ａを上昇させて、このコイル体４Ａを図４に一点鎖線で示すように、下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６とを含む組コイル体５Ａから離間させる。そして、コイル体４Ａの離間された隙間から円筒状金属部材１を挿入し、組コイル体５Ａの肩部上面に載置する。この時、組コイル５Ａの内側コイル６の納まった凸状部を円筒状金属部材１の内部中空部１１に挿通することにより、内部の内側誘導加熱コイル６が円筒状金属部材１の中空部１１内に納まるようにする。
【００３８】
このように組コイル体５Ａ上に円筒状金属部材１が載置されたところで、昇降機構９により上側誘導加熱コイル４を含むコイル体４Ａを下降させ、組コイル体５Ａの凸上部の上面に載置固定する。
【００３９】
下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６を含む組コイル体５Ａ上に上側誘導加熱コイル４を含むコイル体４Ａを載置固定することにより、第１の実施例と同じように円筒状金属部材１の上、下面に近接して平板状の上側および下側誘導加熱コイル４および５が対向配置され、円筒状金属部材１の内部中空部１１の内周面に接近して円筒状の内側誘導加熱コイル６が対向配置されようになる。この時の各コイル４、５，６と円筒状金属部材の表面との間隔の寸法は、それぞれのコイル体を形成する耐熱性断熱材４８および５８の厚さによって決めることができる。
【００４０】
ここで、上側誘導加熱コイル４の接続端子導体４２と下側誘導加熱コイル５の接続端子導体５１とを高周波電源に接続して３つの誘導加熱コイル４、５、６に高周波電流を供給すると、前記の第１の実施例の場合と同様に、円筒状金属部材１の上下両面、および内、外周両面に図３に示すように磁束が通るようになり、円筒状金属部材１の全体を均一に加熱することができる。
【実施例３】
【００４１】
図５に、前記第２の実施例を改良したこの発明の第３の実施例を示す。
【００４２】
この第３の実施例の誘導加熱装置は、第２の実施例の誘導加熱装置における各誘導加熱コイルの作る磁束の外部への影響を抑えるために磁束の外部への漏洩を抑制するように改良したものである。
【００４３】
このために、図５に示すように、上側誘導加熱コイル４を含むコイル体４Ａの耐熱性断熱材４８の中の誘導加熱コイル４の上方に、例えばフェライト等の強磁性材で形成した磁気遮蔽片４Ｓが全面に複数分散して埋め込まれている。そして、下側誘導加熱コイル５および内側誘導加熱コイル６を含む組コイル体５Ａの耐熱性断熱材５８の中の下側誘導加熱コイル５の下方にも、同様に強磁性材で形成した磁気遮蔽片５Ｓが全面に複数分散して埋め込まれている。その他の構成は図４の第２の実施例と同じである。
【００４４】
このように、コイル体４Ａおよび組コイル体５Ａの耐熱性断熱材４８および５８中の上側誘導加熱コイル４および下側誘導加熱コイル５より外側に強磁性材で形成した磁気遮蔽片４Ｓおよび５Ｓを全面に複数分散して埋め込むことにより、誘導加熱コイル４，５および６から外部へ漏洩する磁束は、これらの磁気遮蔽片４Ｓおよび５Ｓにより吸収されて、これらより外側への漏洩が抑制されるので、誘導加熱装置の周囲での漏洩磁束の影響を効率よく抑えることができる。
【００４５】
この発明においては、各誘導加熱コイルを構成するコイル導体に、内部に冷却流体を通流する冷却流体通流路となる中空路を備える中空導体のような流体冷却形導体を用いて、冷却流体で冷却するようにすれば、コイルの冷却効果が高められるので、誘導加熱装置の容量を増大することができる。
【００４６】
なお、上記実施例では、上側誘導加熱コイル４を耐熱性断熱層４８で包み込んで平板状の成形コイル体４Ａを構成するとともに、下側誘導加熱コイル５と内側誘導加熱コイル６とを一体に耐熱性断熱層５８で包み込んで上方に凸形状の組成形コイル体５Ａを構成しているが、上側誘導加熱コイル４と内側誘導加熱コイル６とを一体に耐熱性断熱層で包み込んで下方に凸形状の組成形コイル体とし、下側誘導加熱コイル５を耐熱性断熱層で包み込んで平板状の成形コイル体を構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１：円筒状金属部材
４：上側誘導加熱コイル
５：下側誘導加熱コイル
６：内側誘導加熱コイル
【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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