(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室は箱状をなし、該加熱室の周囲に配設された誘導加熱用コイルと、
前記加熱対象物を包むように配置された磁性体からなる発熱体と、
交流電流を供給制御する交流電源装置とからなり、
前記発熱体と前記誘導加熱用コイルとを近接させて、前記誘導加熱用コイルによる電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室は箱状をなし、該加熱室の周囲に配設された誘導加熱用コイルと、
前記加熱対象物の下側を包むように配置された磁性体からなる下部発熱体と、
前記加熱対象物の上側から周囲を包むように配置された磁性体からなる上部発熱体と、
交流電流を供給制御する交流電源装置とからなり、
前記誘導加熱用コイルによる電磁誘導によって前記下部発熱体及び上部発熱体を自己発熱させて前記下部発熱体及び上部発熱体に挟まれた前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、
前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなり、前記加熱対象物において狭小隙間部が存在するときに、該狭小隙間部に挿入する、隙間部発熱体と、
交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、
前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、
前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなる発熱体と、
交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、
前記加熱対象物は、アルミニウムと炭素の複合材であり、
前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項５】
非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、
前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなり、
連鎖状，線状，繊維状，棒状，小片状，または前記加熱対象物の外形形状に対応するように成形したブロック片のいずれかの形状である発熱体と、
交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、
前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項６】
非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、
前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなり、
前記加熱対象物の外形形状に対応して少なくとも２種以上組み合わされた発熱体と、
交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、
前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項７】
前記発熱体の形状は、シート状又は板状である、請求項１，２，３又は４の何れか１項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、炉内を誘導加熱によりワークを所定の温度まで急速に昇温させるための誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家電をはじめ、様々な製品に固まれた生活を送っている近代社会において、それら製品にはおびただしい部品が使用されており、材質も多くの中から目的にあったものが選ばれ使用されている。例えば、アルミニウム合金は、軽量で比較的強度があり、金属肌が美しく、しかも錆が発生しにくいなどの特性から非常に多く使用されている。
【０００３】
アルミニウム合金は特定の成分を添加し熱処理を行うことで強度を向上させている事は公知である。アルミニウム合金の熱処理は様々あるが、Ｔ６処理は溶体化処理と時効処理からなる一般的に行われている熱処理である。
【０００４】
溶体化処理は、ＡＣ４ＣＨ合金の場合、約５２５℃で行われ、その目的はアルミニウム合金中の添加元素を均一に溶け込ませるものであり、その後急冷することで溶体化処理により得られ固溶状態を保持する。次の時効処理は約１６０℃で行われるものでアルミ中に固溶された元素の析出が起こり、析出物が転位の動きを止めることで強度を高める。
【０００５】
アルミニウム合金の要求強度を得るには温度管理が重要となる。現在、熱処理には炉が使用され、炉の種類として炉内温度のバラツキを抑え、品質の安定化を図る目的で熱風循環炉が一般的に使用されている。熱源としては、電熱ヒーター、ガスバーナーなどが使用されている。しかしながら、上述した熱源は加熱効率や温度制御性が悪く高品質な熱処理には課題があった。
【０００６】
ところで、高効率加熱かつ高制御性を有する誘導加熱による加熱手法が注目されている。この誘導加熱は、加熱コイルに高周波電流を流して磁束を発生させて、その磁束を発熱体に鎖交させることによって発熱体に起電力を誘導することで渦電流を流し、渦電流と発熱体の等価抵抗によって発熱体がジュール熱で自己発熱する加熱方式である。しかるに、高効率に誘導加熱で加熱できるワークは、渦電流が誘導されやすくかつ適度な抵抗値を有する磁性金属等に限定されており、アルミニウム等の非磁性金属の高効率な加熱は困難であった。
【０００７】
つまり、誘導加熱は急速加熱ができ、エネルギー効率が高い、環境に良いなどの利点からこれまで強磁性体である鉄系材料の溶解、あるいは熱処理などに利用されているが、アルミニウム合金は非磁性体であるため、自己発熱による加熱はされず、ほとんど利用されない状況であった。また、一部では非磁性金属を加熱できる誘導加熱装置が供されているが、その加熱対象は平面または円柱などの非常に単純な形状に限られており、複雑な形状の機能部品などには適しておらず、万能な加熱方法ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２０４３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、特許文献１では、熱処理炉が開示され、流動層熱処理と熱風熱処理を組み合わせて効率的な熱処理を行う装置であるが、バーナ方式によるものであり、アルミニウム合金製ワークを加熱するには、かなりの時間を要し、迅速な熱処理には向かない不都合があった。このように、アルミニウム合金の熱処理は、抵抗率や透磁率が低く発熱を得にくく、膨大なエネルギーと時間を要している欠点があった。このようなことから、本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）は、急速に加熱でき、しかもエネルギー効率が高く、さらに環境に良い熱処理を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、発明者は、上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室は箱状をなし、該加熱室の周囲に配設された誘導加熱用コイルと、前記加熱対象物を包むように配置された磁性体からなる発熱体と、交流電流を供給制御する交流電源装置とからなり、前記発熱体と前記誘導加熱用コイルとを近接させて、前記誘導加熱用コイルによる電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決した。
【００１１】
請求項２の発明を、非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室は箱状をなし、該加熱室の周囲に配設された誘導加熱用コイルと、前記加熱対象物の下側を包むように配置された磁性体からなる下部発熱体と、前記加熱対象物の上側から周囲を包むように配置された磁性体からなる上部発熱体と、交流電流を供給制御する交流電源装置とからなり、前記誘導加熱用コイルによる電磁誘導によって前記下部発熱体及び上部発熱体を自己発熱させて前記下部発熱体及び上部発熱体に挟まれた前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決した。
【００１２】
請求項３の発明を、非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなり、前記加熱対象物において狭小隙間部が存在するときに、該狭小隙間部に挿入する、隙間部発熱体と、交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決した。
【００１３】
請求項４の発明を、非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなる発熱体と、交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、前記加熱対象物は、アルミニウムと炭素の複合材であり、前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決した。
【００１４】
請求項５の発明を、非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなり、連鎖状，線状，繊維状，棒状，小片状，または前記加熱対象物の外形形状に対応するように成形したブロック片のいずれかの形状である発熱体と、交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決した。
【００１５】
請求項６の発明を、非磁性体金属製の加熱対象物を収納して加熱する加熱室を有する誘導加熱装置であって、前記加熱室の周囲に配設された誘導加熱手段と、前記加熱対象物の表面部に近接して配設する磁性体からなり、前記加熱対象物の外形形状に対応して少なくとも２種以上組み合わされた発熱体と、交流電源を供給制御する交流電源装置とからなり、前記誘導加熱手段による電磁誘導によって前記発熱体を自己発熱させて前記加熱対象物を間接的に加熱するようにしたことを特徴とする誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決した。
【００１６】
請求項７の発明を、前記発熱体の形状は、シート状又は板状である、請求項１，２，３又は４の何れか１項に記載の誘導加熱装置としたことにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明においては、特に、高効率に、非磁性体金属製の加熱対象物（ワーク）を極めて迅速に加熱処理することができるのみならず、しかもエネルギー効率が高く、さらに環境に良い熱処理を実現できる。特に、加熱対象物（ワーク）の形状に左右されずに加熱を実現できる最大の利点がある。また、加熱対象物を包むことで、さらに加熱効率を上げることができる。さらに、請求項２の発明では、加熱対象物を下部発熱体と上部発熱体とに包むようにした構成としたことにより、加熱対象物の被覆が簡易且つ迅速にできる利点がある。特に、取扱性に優れたものにできる。
【００１８】
請求項３の発明では、加熱対象物の隙間箇所でも加熱させることができ、複合加熱ができる効果がある。請求項４の発明では、アルミニウムと炭素の複合材であっても、発熱の容易な磁性金属を発熱させて、その熱を加熱対象物に伝熱させるので容易に高温を得ることができる。請求項５の発明では、発熱体を連鎖状、線状、棒状、小片状、ブロック片等としたことで、取扱性を良好にできる。
【００１９】
請求項６の発明では、発熱体を少なくとも２種以上の前記発熱体を組み合わせたことにより、ここでも加熱効率を一層向上させることができる。請求項７の発明では、発熱体をシート又は板状物としたことで、簡単な取扱性ができる。      
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部箇所の別の実施形態の連鎖状とした要部断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の別の実施形態の鎖線状とした要部断面図、（Ｄ）は（Ｂ）の別の実施形態の線状とした要部断面図、（Ｅ）は（Ｂ）の別の実施形態の繊維状とした要部断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施形態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の（イ）部箇所の別の実施形態の連鎖状とした要部断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の別の実施形態の鎖線状とした要部断面図、（Ｄ）は（Ｂ）の別の実施形態のシート状とした要部断面図、（Ｅ）は（Ｂ）の別の実施形態の板状部とした要部断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の別の実施形態の断面図、（Ｂ）は本発明のさらに別の実施形態の断面図、（Ｃ）は（Ａ）とは別の実施形態の要部拡大図、（Ｄ）は（Ｂ）とは別の実施形態の要部拡大図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第３実施形態の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ウ）部箇所の別の実施形態の連鎖状とした要部断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の別の実施形態の要部断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の別の実施形態の構成部材を分離した斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の各部材を組み立てた断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明のさらに別の実施形態の構成部材を分離した斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の各部材を組み立てた断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明すると、図１乃至図６は本発明の断面図を示すものである。加熱室１は、断熱機能を有する箱状のもので構成されている。具体的には、床部１１と、４面の周囲の壁部１２，１２，・・と、天井部１３とから構成され、前記壁部１２の少なくとも１面が、扉部１２ａとしてなり、後述の加熱対象物Ｂ（ワーク等）は、出し入れ自在に構成されている。
【００２２】
前記床部１１は、図１に示すように、該床部１１の下面箇所を所定間隔の高さに上昇するようにして、設置され、底部としての役割をなすように構成されている。また、図２に示すように、床部１１の下には、所定間隔を有して底板１５が設けられることもある。
【００２３】
何れにしても、前記床部１１の下面側に、誘導加熱用コイル２１としての誘導加熱手段２が配設されている。具体的には、ＩＨヒータ等の誘導加熱用コイル２１が、前記床部１１の下面側接触するようにして取り付けられている。前記加熱室１の壁部１２，１２，・・全体は断熱材で保温されている。前記誘導加熱用コイル２１は、図５及び図６に示すように、前記加熱室１の周りに設けられることもある。
【００２４】
前記誘導加熱手段２には、交流電流を供給制御する交流電源装置８が備えられている。該交流電源装置８は、具体的には、商用電力（１００ｖ５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の電源であって、これをインバータなどで変換して数十Ｈｚの交流電流を使用して、前記ＩＨヒータ等の誘導加熱用コイル２１に電磁誘導作用をさせる。
【００２５】
Ａは発熱体であって、鉄、ステンレスなどの磁性体から構成されている。該磁性体は軟鉄に制限されるのでは無く、如何なる磁性体でも良く、さらには、強磁性体も可能である。該発熱体Ａは、電磁誘導作用によって、自己発熱するものである。該発熱体Ａは、第１実施形態として、図１（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、一体化されている。
【００２６】
図１（Ａ）では、前記発熱体Ａは、布団のように構成され、後述の加熱対象物Ｂを包むように構成されている。図１（Ｂ）及び（Ｃ）では、連鎖状Ａ１とした発熱体Ａであり、特に、図１（Ｂ）では、リングＡ１１にて構成され、図１（Ｃ）では、玉Ａ１２が紐状物ｐにて連続するように構成されている。リングＡ１１は鎖又はチェーンにて構成されている。連鎖は、単連でも複数連でも良い。
【００２７】
図１（Ｄ）では、磁性体からなる糸状物Ａ２とした発熱体Ａであり、図１（Ｅ）では、磁性体からなる繊維状物Ａ３とした発熱体Ａとして構成されている。これらの図では、加熱対象物Ｂが糸状物Ａ２又は繊維状物Ａ３にて包まれている。
【００２８】
前記加熱対象物Ｂは、アルミニウム又はアルミニウム合金などの非磁性体金属製で構成され、種々の形状をなしている。図１〜図３に示したものは、断面が櫛歯状となったアルミニウム又はアルミニウム合金製のヒートシンクなどの加熱対象物Ｂであるが、その形状には限定されない。特に、図４及び図５では、断面Ｅ字状をなしたり、図６でも、変形Ｅ字状をなしているが、何れもしても、その形状には制限されないで、種々の形状や複雑の形状を成すものである。
【００２９】
前記発熱体Ａの第２実施形態としては、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、下部発熱体ＤＡと上部発熱体ＵＡとの集合体として構成されている。図２（Ａ）では、下部発熱体ＤＡも上部発熱体ＵＡも、連鎖状Ａ１とした発熱体Ａであり、特に、リングＡ１１にて構成されている。
【００３０】
図２（Ｂ）では、下部発熱体ＤＡも上部発熱体ＵＡも、連鎖状Ａ１とした発熱体Ａであり、特に、玉Ａ１２が紐状物ｐにて連続するように構成されている。図２（Ｃ）では、下部発熱体ＤＡも上部発熱体ＵＡも、連鎖状Ａ１とした発熱体Ａであり、特に、筒片Ａ１３が紐状物ｐにて連続するように成している。
【００３１】
図２（Ｄ）では、下部発熱体ＤＡも上部発熱体ＵＡも、鉄、ステンレスなどの磁性体から成るシートＡ４であって、前記加熱対象物Ｂを上下で包むように構成されている。また、図２（Ｅ）では、下部発熱体ＤＡも上部発熱体ＵＡも、板状物Ａ５とした発熱体Ａであり、前記加熱対象物Ｂを上部及び側部と下部から包むように構成されている。
【００３２】
図３（Ａ）に示したものは、発熱体Ａの第１実施形態の変形例であり、鉄、ステンレスなどの磁性体からなる多数の球片Ａ６１の小片Ａ６にて前記加熱対象物Ｂが埋設されるようにして包まれている。図３（Ｂ）に示したものは、発熱体Ａの第２実施形態の変形例であり、下部発熱体ＤＡが、連鎖状Ａ１にて構成され、上部発熱体ＵＡが球片Ａ６１なる小片Ａ６にて構成されて混在している。前記球片Ａ６１には、比較的小径の粒状部も包含される。
【００３３】
図３（Ｃ）に示したものは、発熱体Ａの第１実施形態の変形例であり、鉄、ステンレスなどの磁性体からなる多数の角片Ａ６２の小片Ａ６にて前記加熱対象物Ｂが埋設されるようにして包まれている。図３（Ｄ）に示したものは、磁性体からなる多数の筒片Ａ６３の小片Ａ６にて前記加熱対象物Ｂが包まれている。
【００３４】
発熱体Ａの第３実施形態としては、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、前記該発熱体Ａは、下部発熱体ＤＡと上部発熱体ＵＡと隙間部発熱体３との集合体として構成されることもある。該隙間部発熱体３は、前記加熱対象物Ｂの隙間部に入り込み、前記発熱体Ａの構成部材よりも小単位構成部材として構成されている。
【００３５】
具体的には、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、鉄、ステンレスなどの磁性体から構成されていたり、或いは、非磁性体にて構成されることもある。特に、小単位構成部材とは、小粒状になっているものであり、リングＡ１１が小さくなっている。図４（Ｃ）では、玉Ａ１２が連続した鎖線状Ａ１が設けられている。さらに前記隙間部発熱体３は、前記発熱体Ａの具体的構成と同様に、線状物Ａ２、繊維状物Ａ３、シートＡ４、板状物Ａ５、後述する小片Ａ６、後述する棒片Ａ７等が存在し、且つ小ぶりに構成されるものであれば、形状などに制限されない。
【００３６】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示したものは、前記発熱体Ａが、棒片Ａ７として構成され、特に、その直径が、前記加熱対象物Ｂの隙間部の間隔と同等に形成される実施形態である。つまり、下部発熱体ＤＡは、多数の棒片Ａ７が水平面として構成され、今度は、上部発熱体ＵＡが段差があるようにして構成され、前記加熱対象物Ｂの隙間部に、上部発熱体ＵＡの多数の棒片Ａ７が段差が入るようになり、組立図[図５（Ｂ）参照]のようにして構成される。
【００３７】
発熱体Ａの第４実施形態としては、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記加熱対象物Ｂの下側面、上側面に対向したブロック片Ａ８としての発熱体Ａとして構成されている。具体的には、前記ブロック片Ａ８は、下型部Ａ８ａと上型部Ａ８ｂとで構成されている。具体的には、下部発熱体ＤＡとなる下型部Ａ８ａと、上部発熱体ＵＡとなる上型部Ａ８ｂとが、前記加熱対象物Ｂの隙間部に入り込み、組立図[図６（Ｂ）参照]のようにして構成される。或いは、下型部Ａ８ａと上型部Ａ８ｂとが、前記加熱対象物Ｂの表面部に近接して配設されていることもある。
【００３８】
前記加熱室１の天井部１３の下面には、前記発熱体Ａに対して均一熱を提供するための
攪拌循環装置６が設けられている。該攪拌循環装置６は、具体的には、プロペラ状のファン６１が駆動可能に構成されている。また、ファン６１は、プロペラ式に限定されない。また、かなり均一熱を提供できる構成であれば、前記攪拌循環装置６を設けないこともある。また、前記加熱室１内には熱電対が挿入されており温度制御を担っている。
【００３９】
具体的には、連鎖の場合で、楕円形リングの軟鉄製とし、前記加熱対象物Ｂを、アルミ／炭素複合材料とした。この場合も、前記加熱対象物Ｂの熱の急上昇が可能にできる。つまり、隙間部発熱体３が小さく形成され、できるだけ前記加熱対象物Ｂ（ワーク）との接触を増加させることで、該加熱対象物Ｂ（ワーク）をできるだけ早く均熱に加熱できる効果がある。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ…発熱体、Ａ１…連鎖状、Ａ２…線状物、Ａ３…繊維状物、Ａ４…シート、
Ａ５…板状物、Ａ６…小片、Ａ７…棒片、Ａ８…ブロック片、ＤＡ…下部発熱体、
ＵＡ…上部発熱体、Ｂ…加熱対象物、１…加熱室、２…誘導加熱手段、
３…隙間部発熱体、８…交流電源装置。
【図１】
0006005929.tif 000002
【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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