(57)【要約】【課題】被処理物の一面の一部だけを誘導加熱する際に使い勝手の良い誘導加熱コイルを提供する。【解決手段】誘導加熱コイル１０の対向壁２０は、互いに並行に延びる第１境界線２２と第２境界線２４とで画定されている。第１境界線２２及び第２境界線２４は共に円状のものである。対向壁２０には、高周波電流が通る電流路が形成される近接面２６と、この近接面２６を通る高周波電流よりも小さい値の高周波電流が通る溝２８とが形成されている。近接面２６は被処理物５０に近接する面であり、溝２８は、近接面２６よりも被処理物５０から離れている凹部でもある。溝２８は、第１溝２８ａと第２溝２８ｂとが所定間隔で交互に形成されたものである。近接面２６は、第１近接面２６ａと中間近接面２６ｂと第２近接面２６ｃとが連続して形成されたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物に対向する対向壁に高周波電流を通すことにより該被加熱物を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
前記対向壁は、
高周波電流が通る電流路が形成された、被処理物に近接する近接面と、
該近接面を通る高周波電流よりも小さい値の高周波電流が通る、前記近接面よりも被処理物から離れた溝とが形成されたものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
前記近接面及び前記溝は、
被処理物を冷却する冷却液が噴射される冷却液噴射孔が形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱コイル。
【請求項３】
前記対向壁は、
互いに並行に延びる第１境界線及び第２境界線で画定されたものであり、
前記溝は、
前記第１境界線から前記第２境界線に到達しない位置まで延びている第１溝と、前記第２境界線から前記第１境界線に到達しない位置まで延びている第２溝とが所定間隔で交互に形成されたものであり、
前記近接面は、
前記第２境界線から前記第１溝まで延びる第１近接面と、前記第１溝及び前記第２溝双方の間に広がる中間近接面とが連続して形成されたものであると共に、
前記第１境界線から前記第２溝まで延びる第２近接面と、前記中間近接面とが連続して形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱コイル。
【請求項４】
前記対向壁は、リング状のものであり、且つ、このリング状の対向壁で被処理物を囲むものである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。
【請求項５】
前記溝は、
前記近接面に大きい電流を通すときは、この近接面に小さい電流を通すときよりも深く形成されたものであることを特徴とする１から４までのうちのいずれか一項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、被処理物を誘導加熱する誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼材などの被処理物を誘導加熱するための誘導加熱コイルが広く使用されている。被処理物には様々な形状のものがあるので、これら各形状に応じた誘導加熱コイルが使用されている。また、被処理物に形成された一面の全面を誘導加熱することもあるし、この一面のうちの一部分だけを誘導加熱することもある。
【０００３】
被処理物の一面の一部分だけを誘導加熱する例として、この一面を波形状に誘導加熱する例が挙げられる。このようにある一面を波形状に誘導加熱するためには、この波形状に対応する波形状の誘導加熱コイルを作製しておき、この波形状の誘導加熱コイルを被処理物の一面に近接して配置させ、この誘導加熱コイルに高周波電流を通す。これにより、ある一面の波形状部分だけが誘導加熱される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した波形状部分が細いときや細長いときは、この波形状部分に対応して作製された誘導加熱コイルは細くなるので低い強度になるおそれがある。また、このように低い強度の誘導加熱コイルは取り扱いにくくて使い勝手が悪いこともある。
【０００５】
さらに、波形状部分に対応して作製された誘導加熱コイルを高周波焼入れに使用する場合、この誘導加熱コイルのみにしか冷却液噴射孔を形成できない。従って、被処理物の一面のうちの波形状部分に主として冷却液が噴射され、この一面の他の部分には冷却液が噴射されにくい。そこで、波形状の誘導加熱コイルを使用して高周波焼入れするときは、通常、この誘導加熱コイルの他に冷却ジャケットを準備しておき、誘導加熱コイルで誘導加熱された被処理物を冷却ジャケットで急冷する。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、被処理物の一面の一部だけを誘導加熱する際に使い勝手の良い誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、被加熱物に対向する対向壁に高周波電流を通すことにより該被加熱物を誘導加熱する誘導加熱コイルにおいて、
（１）前記対向壁は、
（１−１）高周波電流が通る電流路が形成された、被処理物に近接する近接面と、
（１−２）該近接面を通る高周波電流よりも小さい値の高周波電流が通る、前記近接面よりも被処理物から離れた溝とが形成されたものであることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、
（２）前記近接面及び前記溝は、被処理物を冷却する冷却液が噴射される冷却液噴射孔が形成されたものであってもよい。
【０００９】
また、
（３）前記対向壁は、互いに並行に延びる第１境界線及び第２境界線で画定されたものであり、
（４）前記溝は、
（４−１）前記第１境界線から前記第２境界線に到達しない位置まで延びている第１溝と、
（４―２）前記第２境界線から前記第１境界線に到達しない位置まで延びている第２溝とが所定間隔で交互に形成されたものであり、
（５）前記近接面は、
（５―１）前記第２境界線から前記第１溝まで延びる第１近接面と、前記第１溝及び前記第２溝双方の間に広がる中間近接面とが連続して形成されたものであると共に、
（５―２）前記第１境界線から前記第２溝まで延びる第２近接面と、前記中間近接面とが連続して形成されたものであってもよい。
【００１０】
さらに、
（６）前記対向壁は、リング状のものであり、且つ、このリング状の対向壁で被処理物を囲むものであってもよい。
【００１１】
さらにまた、
（７）前記溝は、前記近接面に大きい電流を通すときは、この近接面に小さい電流を通すときよりも深く形成されたものであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１と図２を参照して、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１の誘導加熱コイルの部分拡大図である。
【００１５】
誘導加熱コイル１０はリング状のものであり、リングの内部に被処理物５０が配置される。誘導加熱コイル１０の内周壁は、高周波電流が通る（流れる）リング状の対向壁２０になっている。誘導加熱コイル１０の内部に配置された円柱状の被処理物５０の外周面は、対向壁２０に対向して（向き合って）この対向壁２０に囲まれることとなる。また、誘導加熱コイル１０の外周壁４２もリング状になっている。さらに、誘導加熱コイル１０の内部には、冷却液が通る冷却液路（図示せず）が形成されている。この冷却液路は、後述する冷却液噴射孔につながっている（連通している）。なお、高周波電流は誘導加熱コイル１０の全体に渡って通るが、対向壁２０の電流路４０には、他の部分に比べて極めて大きい（強い）高周波電流が通る。
【００１６】
対向壁２０は、互いに並行に延びる第１境界線２２と第２境界線２４とで画定されている。第１境界線２２及び第２境界線２４は共に円状のものである。対向壁２０には、高周波電流が通る電流路４０が形成される近接面２６と、この近接面２６を通る高周波電流よりも小さい値の高周波電流が通る溝２８とが形成されている。近接面２６は被処理物５０に近接する面であり、溝２８は、近接面２６よりも被処理物５０から離れている凹部でもある。
【００１７】
溝２８は、第１境界線２２から第２境界線２４に到達しない位置まで延びている第１溝２８ａと、第２境界線２４から第１境界線２２に到達しない位置まで延びている第２溝２８ｂとが所定間隔で交互に形成されたものである。第１溝２８ａは、誘導加熱コイル１０の上面３０の一部を削り取って形成されており、その深さは、後述するように、電流路４０に通す高周波電流の大きさに応じて適宜に変更される。また、第１溝２８ａは、第１境界線２２から第２境界線２４までの距離の約４分の３の長さであり、第１境界線２２に直交して延びている。第２溝２８ｂも、第１溝２８ａと同様に、誘導加熱コイル１０の下面３２の一部を削り取って形成されており、その深さは、後述するように、電流路４０に通す高周波電流の大きさに応じて適宜に変更される。
【００１８】
第２溝２８ｂは、第２境界線２４から第１境界線２２までの距離の約４分の３の長さであり、第２境界線２４に直交して延びている。第１溝２８ａと第２溝２８ｂは、これらの溝が接する境界線が第１境界線２２か第２境界線２４かという点と、上面３０若しくは下面３２のいずれを削り取って形成されているかという点で異なる。なお、第１溝２８ａの深さと第２溝２８ｂの深さは、加熱深さに応じて変更することもできる。また、第１溝２８ａの長さや幅と第２溝２８ｂの長さや幅は、被処理物５０の被加熱ゾーンの広さや形に応じて変更できる。この点については、後述する。
【００１９】
近接面２６は、第２境界線２４から第１溝２８ａまで延びる第１近接面２６ａと、第１溝２８ａ及び第２溝２８ｂ双方の間に広がる中間近接面２６ｂとが連続して形成されたものであり、且つ、第１境界線２２から第２溝２８ｂまで延びる第２近接面２６ｃと、中間近接面２６ｂとが連続して形成されたものである。従って、近接面２６は、第１近接面２６ａ、中間近接面２６ｂ、及び第２近接面２６ｃが連続したものであり、対向壁２０の表面の全周に渡ってつながっている（連続している）。
【００２０】
上記した近接面２６と溝２８には、被処理物５０を冷却する冷却液が噴射される多数の冷却液噴射孔１２が形成されている。従って、誘導加熱コイル１０で被処理物５０を所定温度に誘導加熱して急冷するときは、被処理物５０が所定温度に加熱された後に直ちに冷却液噴射孔１２から冷却液を噴射することにより、被処理物５０のうち対向壁２０に対向している面の全体に冷却液が噴射される。このため、被処理物５０の全体が一様に急冷されることとなる。なお、誘導加熱コイル１０の外周面には、冷却液噴射孔１２に冷却液を供給する３つの供給部材１４が取り付けられている。３つの供給部材１４は、冷却管等を介して外部の冷却液タンク等に接続されている。
【００２１】
上記した近接面２６や溝２８が形成された対向壁２０を通る高周波電流について説明する。
【００２２】
誘導加熱コイル１０は、「高周波電流は最短距離を通る（流れる）」という特性を利用したものである。高周波電流がこのような特性をもつので、誘導加熱コイル１０が高周波電源に接続されて誘導加熱コイル１０に高周波電流が通る場合、図１と図２の二点鎖線４０（波形状の電流路４０）で示すように高周波電流が通る。即ち、近接面２６の第１近接面２６ａ、中間近接面２６ｂ、及び第２近接面２６ｃを通って近接面２６を最短距離でほぼ一周するように高周波電流が流れる。誘導加熱コイル１０のうち電流路４０以外の他の部分にも高周波電流は流れるが、電流路４０を流れる電流値に比べた場合、他の部分を流れる高周波電流の電流値は僅かなものである。従って、対向壁２０のうち溝２８を形成する部分には僅かな高周波電流しか流れない。同様に、誘導加熱コイル１０の上面３０や下面３２にも僅かな高周波電流しか流れない。
【００２３】
誘導加熱コイル１０が高周波電源に接続された場合、上記のように電流路４０が形成されるので、対向壁２０に囲まれるように配置された被処理物５０には、電流路４０の形状に応じた部分（被加熱ゾーン）が非常に加熱され易い。この被加熱ゾーンと近接面２６及び溝２８との位置関係について図３を参照して説明する。
【００２４】
図３は、被処理物の被加熱ゾーンと誘導加熱コイルの近接面及び溝との位置関係を模式的に示す説明図である。この図では、図１と図２に示された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。
【００２５】
図３に示すように誘導加熱コイル１０の対向壁２０に囲まれるように被処理物５０が配置された状態で誘導加熱コイル１０が高周波電源に接続された場合、上述したように電流路４０が形成されるので、被処理物５０には、電流路４０に応じた波形状の被加熱ゾーン５２（斜線で示す部分）が形成される。このため、例えば、被処理物５０の外周面に波形状の硬化領域を形成したいときは、被加熱ゾーン５２を所定の焼入温度に加熱し、その直後、冷却液噴射孔１２（図１と図２参照）から冷却液を噴射して被加熱ゾーン５２を急冷する。これにより、被処理物５０には波形状の硬化領域（被加熱ゾーン５２とほぼ同一の領域）が形成される。なお、被加熱ゾーン５２以外の領域も僅かに加熱されるが、この領域は焼入温度にまでは加熱されない。従って、この領域は硬化されない。なお、上述したように、被処理物５０のうち対向壁２０に対向している面の全体に冷却液が噴射されるので、被処理物５０の全体が一様に急冷される。
【００２６】
誘導加熱コイル１０を高周波電源に接続してこの誘導加熱コイル１０に高周波電流を流す場合、高周波電源の出力が大きくて、且つ、加熱時間が短いほど、電流路４０の形状に近い形状の被加熱ゾーン５２が得られる。例えば、出力１００ＫＷで加熱時間２．０秒間のときは、出力９０ＫＷで加熱時間２．２秒間のときよりも、電流路４０の形状に近い形状の被加熱ゾーン５２が得られる。また、出力９０ＫＷで加熱時間２．２秒間のときは、出力８０ＫＷで加熱時間２．５秒間のときよりも、電流路４０の形状に近い形状の被加熱ゾーン５２が得られる。
【００２７】
ところで、溝２８の深さを変えることにより電流路４０を通る電流の大きさが変わる。溝２８を深くした場合、この深い溝２８には電流がいっそう通りにくくなるので、その分、近接面２６に大きな電流が通る。従って、溝２８を深くした場合は浅い場合に比べて、電流路４０を通る電流が大きくなるので、被加熱ゾーン５２は深く加熱されることとなる。ここでは、被処理物５０を焼入れした場合を例に挙げて、溝２８の深さと被加熱ゾーン５２の加熱深さ（硬化深さ）との関係を説明する。
【００２８】
図４（ａ）は、浅い溝と硬化深さの関係を模式的に示すために誘導加熱コイルの上面に平行に高さ方向中央部で切断した断面図であり、（ｂ）は、深い溝と硬化深さの関係を模式的に示すために誘導加熱コイルの上面に平行に高さ方向中央部で切断した断面図である。
【００２９】
図４（ａ）に示すように溝２８ａ，２８ｂが浅い場合は、高周波電流はこの浅い溝２８ａ，２８ｂも通り易い。このため、電流路４０を通る高周波電流が小さくなるので、被加熱ゾーン５２の加熱深さは浅くなる。一方、溝２８ａ，２８ｂが深い場合は浅い場合に比べて、高周波電流が溝２８ａ，２８ｂを通りにくい。このため、電流路４０を通る高周波電流が大きくなるので、被加熱ゾーン５２の加熱深さは、溝２８ａ，２８ｂが浅い場合に比べて深くなる。この結果、溝２８ａ，２８ｂが深い場合の硬化層５６（斜線で示す領域）の深さは、溝２８ａ，２８ｂが浅い場合の硬化層５４（斜線で示す領域）の深さよりも深くなる。
【００３０】
以上のように溝２８ａ，２８ｂの深さを変更することにより電流路４０（図１参照）を通る高周波電流の大きさを変更できるので、被加熱ゾーン５２の加熱深さを変更できる。従って、被処理物５０を焼入れした場合はその硬化層の深さも変更できることとなる。
【００３１】
図５を参照して、溝２８の変形例と電流路４０について説明する。
【００３２】
図５（ａ）は、隣り合う溝の間隔が狭くて長い溝が形成された誘導加熱コイルの一部を示す模式図であり、（ｂ）は、隣り合う溝の間隔が広くて短い溝が形成された誘導加熱コイルの一部を示す模式図である。これらの図では、図１と図２に示された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。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、隣り合う溝２８ａ，２８ｂの間隔が狭くて、且つ、長い（第１境界線２２から第２境界線２４に向かう方向の長さ）溝２８ａ，２８ｂが誘導加熱コイル１０に形成されている場合、電流路４０は急勾配の波形状のものとなる。従って、図５（ａ）に示す誘導加熱コイル１０の対向壁２０に囲まれるように被処理物（図示せず）が配置された状態でこの誘導加熱コイル１０が高周波電源に接続された場合、被処理物には、電流路４０に応じた急勾配の波形状の被加熱ゾーンが形成される。
【００３４】
一方、図５（ｂ）に示すように、隣り合う溝２８ａ，２８ｂの間隔が広くて、且つ、比較的短い（第１境界線２２から第２境界線２４に向かう方向の長さ）溝２８ａ，２８ｂが誘導加熱コイル１０に形成されている場合、電流路４０は緩やかな波形状のものとなる。従って、図５（ｂ）に示す誘導加熱コイル１０の対向壁２０に囲まれるように被処理物（図示せず）が配置された状態でこの誘導加熱コイル１０が高周波電源に接続された場合、被処理物には、電流路４０に応じた緩やかな波形状の被加熱ゾーンが形成される。なお、破線で示す形状の溝であっても同様の電流路４０が得られる。
【００３５】
このように、溝２８の深さ、幅、間隔などを適宜に選択することにより、被処理物５０の被加熱ゾーン５２を適宜な形状にできる。
【００３６】
図６を参照して、誘導加熱コイル１０の内径と溝の内径との関係を説明する。
【００３７】
図６は、誘導加熱コイルの概略構成を示す平面図である。この図では、図１と図２に示された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。
【００３８】
誘導加熱コイル１０は円形であり、溝２８は、その横断面が半円形のものであるとする。また、誘導加熱コイル１０の内径をＤとし、溝２８の内径をｄとする。この場合、誘導加熱コイル１０の周長さ（直径がＤの円の円周）は、Ｄπとなる。また、周長さのうち溝２８が形成されている部分の長さは、ｄ×（溝の数Ｎ）となる。また、半円の溝２８の周長さ（直径がｄの円の円周の半分の長さ）はｄπ／２となる。
【００３９】
上記のように内径等を定めた場合、第１近接面２６ａ、中間近接面２６ｂ、及び第２近接面２６ｃに電流路４０（図１参照）が形成されるための条件は、［Ｄπ−ｄ×（溝の数Ｎ）］＞［Ｄπ−ｄπ／２］となる。この条件が満たされないときは、溝２８にも比較的大きな値の高周波電流が通るので電流路４０が形成されない。
【００４０】
【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は、近接面には溝よりも大きい電流値の高周波電流が通り、この近接面は溝よりも被処理物に近接している。このため、被処理物のうち近接面に近接している部分は、所定温度に誘導加熱されるが、被処理物のうち溝に対向する部分は所定温度よりも低い温度にしか誘導加熱されない。従って、例えば、被処理物のうち所定部分のみを焼入れて硬化させたい場合は、この所定部分のみに向き合うように近接面を形成しておけばよい。このように、被処理物のうち加熱させたい部分に対応した近接面と溝とが形成された誘導加熱コイルを使用することにより、被処理物のうち所定部分のみを誘導加熱できる。
【００４１】
ここで、前記近接面及び前記溝は、被処理物を冷却する冷却液が噴射される冷却液噴射孔が形成されたものである場合は、被処理物のうち誘導加熱コイルに対向している面の全体に冷却液が噴射されるので、この面が一様に冷却されることとなる。
【００４２】
また、前記対向壁は、互いに並行に延びる第１境界線及び第２境界線で画定されたものであり、前記溝は、前記第１境界線から前記第２境界線に到達しない位置まで延びている第１溝と、前記第２境界線から前記第１境界線に到達しない位置まで延びている第２溝とが所定間隔で交互に形成されたものであり、前記近接面は、前記第２境界線から前記第１溝まで延びる第１近接面と、前記第１溝及び前記第２溝双方の間に広がる中間近接面とが連続して形成されたものであると共に、前記第１境界線から前記第２溝まで延びる第２近接面と、前記中間近接面とが連続して形成されたものである場合は、第１溝と第２溝を適宜に形成することにより所望する形状の近接面を容易に形成できる。このため、被処理物のうち所望の部分のみを容易に加熱できる。
【００４３】
さらに、前記対向壁は、リング状のものであり、且つ、このリング状の対向壁で被処理物を囲むものである場合は、被処理物の所定部分のみが容易に加熱されることとなる。
【００４４】
さらにまた、前記溝は、前記近接面に大きい電流を通すときは、この近接面に小さい電流を通すときよりも深く形成されたものである場合は、被処理物の所定部分のみを容易に高温に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の誘導加熱コイルの部分拡大図である。
【図３】被処理物の加熱部分と誘導加熱コイルの対応を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、浅い溝と硬化深さの関係を模式的に示すために誘導加熱コイルの上面に平行に高さ方向中央部で切断した断面図であり、（ｂ）は、深い溝と硬化深さの関係を模式的に示すために誘導加熱コイルの上面に平行に高さ方向中央部で切断した断面図である。
【図５】（ａ）は、隣り合う溝の間隔が狭くて長い溝が形成された誘導加熱コイルの一部を示す模式図であり、（ｂ）は、隣り合う溝の間隔が広くて短い溝が形成された誘導加熱コイルの一部を示す模式図である。
【図６】誘導加熱コイルの概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  誘導加熱コイル
２０  対向壁
２２  第１境界線
２４  第２境界線
２６  近接面
２６ａ  第１近接面
２６ｂ  中間近接面
２６ｃ  第２近接面
２８  溝
２８ａ  第１溝
２８ｂ  第２溝
４０  電流路
【図１】
2004247193.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004247193.tif 000006
【図５】
2004247193.tif 000007
【図６】
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