(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉ型コアの周囲に所定回数巻回された銅パイプからなる一次コイルと、該一次コイルの外側に配置され一端が加熱コイルが接続された加熱コイル接続板に接続された銅パイプからなる二次コイルと、該二次コイルと前記一次コイルを取り囲むように配置されたリングコアと、該リングコアの外側に配置された筒状カバーと、前記一次コイルと二次コイルの端部にそれぞれ接続された可撓性の冷却ケーブルと、を具備し、
前記冷却ケーブルは、可撓性のチューブ内に導線が収容配置された一次コイル側流路の往路と復路及び二次コイル側流路の往路と復路を有し、一次コイル側のチューブ同士と二次コイル側のチューブ同士もしくは一次コイル側と二次コイル側の往路同士と復路同士が一体化されると共に、前記各往路のチューブの内径が前記各復路のチューブの内径より大きくなる如く設定されていることを特徴とする高周波加熱装置用出力変成器。
【請求項２】
前記筒状カバーの反加熱コイル側の開口部に４つの孔を有する接続板が配置され、該接続板の内側の筒状カバー内に、前記一次コイルと二次コイルの銅パイプの端部に固定されたホースコネクタが位置すると共に、前記冷却ケーブルの各チューブが接続板に設けた前記孔にそれぞれ嵌挿配置されて前記ホースコネクタに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置用出力変成器。
【請求項３】
前記筒状カバーは、その外面に取付板を有することを特徴とする請求項１または２に記載の高周波加熱装置用出力変成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘導加熱装置、高周波焼入れ装置等の高周波加熱装置に使用して好適な出力変成器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波加熱装置に使用する出力変成器としては、例えば特開平６−１５１２１２号公報に開示のものが知られている。この出力変成器は、複数個のＥ型フェライトコアを組み合わせて形成されたコア部と、銅製のパイプを屈曲させることによりコア部を複数回巻回するように配設されたコイル部と、このコイル部の始端部及び後端部にそれぞれ接続された第１の導電部材と、コイル部の第１の導電部材間に接続された一対の第２の導電部材とを備えたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この出力変成器にあっては、Ｅ型コアの中脚部にコイル部を巻回するため、コイル部の巻回数が多い場合に、大きな形状のＥ型コアを使用しなければならず、出力変成器自体の小型化が困難で、例えば出力変成器を容易に移動させることができず、その使用範囲が限定されるという不都合を有している。また、コアとして比較的高価なＥ型コアを使用する必要があるため、出力変成器自体が高価になり易いという不都合も有している。
【０００４】
そこで、本出願人は、このような不都合を解消するものとして、特開平１１−２４３０２０号公報に開示の出力変成器を出願した。この出力変成器は、板状で略コ字状凹部を有する二次コイルと、該二次コイルのコ字状凹部内に配設された略直方体形状の第１コアと、この第１コアの外側に配設されたリング状の第２コアと、前記第１コアの二次コイルの上下面から突出する突出部と第２コアとの間に巻回された一次コイルと、前記二次コイルのコ字状凹部の開口部端部に接続された加熱コイルとを具備するように構成したものである。
【０００５】
この出力変成器によれば、第１コアと第２コアの適切な形状設定や位置関係等によって、出力変成器の小型化及び軽量化が図れると共に安価に構成し得て、かつ外部ノイズの発生等を防止し得るという効果が得られるものの、その後の実験により、次にような問題点が明らかとなった。すなわち、出力変成器が単に可撓性の接続ケーブルで高周波加熱装置に接続されているのみであるため、出力変成器を例えば溶接ロボット等に搭載して使用する場合に、一次コイルや二次コイルの冷却が十分でなかったり、加熱コイルのインピーダンスが安定せず、十分な加熱効率を安定して確保することが困難であると共に、溶接ロボットの可動アームへの取り付け状態が安定せず、使い勝手の面で不十分となり易い。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化と軽量化及び加熱効率の安定化を同時に図り得ると共に、インピーダンスを安定化させて加熱効率の一層の安定化を図ったり、使い勝手の向上を図り得る高周波加熱装置用出力変成器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、請求項１記載の発明は、Ｉ型コアの周囲に所定回数巻回された銅パイプからなる一次コイルと、該一次コイルの外側に配置され一端が加熱コイルが接続された加熱コイル接続板に接続された銅パイプからなる二次コイルと、該二次コイルと前記一次コイルを取り囲むように配置されたリングコアと、該リングコアの外側に配置された筒状カバーと、前記一次コイルと二次コイルの端部にそれぞれ接続された可撓性の冷却ケーブルと、を具備し、前記冷却ケーブルは、可撓性のチューブ内に導線が収容配置された一次コイル側流路の往路と復路及び二次コイル側流路の往路と復路を有し、一次コイル側のチューブ同士と二次コイル側のチューブ同士もしくは一次コイル側と二次コイル側の往路同士と復路同士が一体化されると共に、前記各往路のチューブの内径が前記各復路のチューブの内径より大きくなる如く設定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、前記筒状カバーの反加熱コイル側の開口部に４つの孔を有する接続板が配置され、該接続板の内側の筒状カバー内に、前記一次コイル側と二次コイルの銅パイプの端部に固定されたホースコネクタが位置すると共に、前記冷却ケーブルの各チューブが接続板に設けた前記孔にそれぞれ嵌挿配置されて前記ホースコネクタに接続されていることを特徴とする。また、請求項３記載の発明は、前記筒状カバーが、その外面に取付板を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図７は、本発明に係わる高周波加熱装置用出力変成器の一実施例を示している。図において、出力変成器１は、筒状カバー２内に配置された二次コイル３、Ｉ型コア４、リングコア５及び一次コイル６と、筒状カバー２の両端開口部に配置された接続板７及び加熱コイル接続板８と、加熱コイル９及び一対の冷却ケーブル１０、１１を有している。
【００１０】
前記二次コイル３は、例えば略コ字状の銅の一対の角パイプを有して単巻き状に形成され、各角パイプの一方の端部にはパイプを介してホースコネクター１２がそれぞれ固着されると共に、他方の端部には加熱コイル接続板８が固着されている。そして、この加熱コイル接続板８に前記加熱コイル９が接続されている。
【００１１】
この加熱コイル９は、銅の角パイプからなる固定部９ａと、銅の角パイプからなるストレート部９ｂ及びこのストレート部９ｂの先端部分に形成されたコイル部９ｃを有している。固定部９ａは平板状の銅板からなる固定板１３にロウ付け固着され、この固定板１３が前記加熱コイル接続板８にネジで脱着可能に固定されている。そして、この加熱コイル９は、固定板１３や加熱コイル接続板８を介して二次コイル３に電気的に接続されると共に、固定板１３や加熱コイル接続板８に設けた連結孔により流路を形成した状態で連結されている。
【００１２】
前記Ｉ型コア３は、例えばフェライトコアを複数個連設されることにより直方体形状に形成され、二次コイル３のコ字状凹部内に、二次コイル３の上面及び下面から所定長さ突出するようにして配設されている。また、Ｉ型コア３の外側に配設されるリングコア４は、複数個のフェライトコアを幅方向に積層することによって形成されている。
【００１３】
そして、Ｉ型コア３の外面とリングコア４の内面間には、その外周面が絶縁材で被覆された銅パイプからなる一次コイル６が所定回数巻回され、この一次コイル６の両端部は筒状カバー２の一方の開口部側に引き出され、その先端にホースコネクタ１４がそれぞれ固着されている。なお、筒状カバー２の一方の開口部には、円形板からなる前記接続板７が配置され、この接続板７には４つの孔７ａが穿設され、この４つの孔７ａに冷却ケーブル１０、１１の２つの往路１０ａ、１１ａと２つの復路１０ｂ、１１ｂからなる各流路が嵌挿配置されている。
【００１４】
冷却ケーブル１０、１１は、可撓性のチューブ内に網線等からなる導線が収容配置されると共に、可撓性の往路１０ａ、１１ａ及び復路１０ｂ、１１ｂの一対のチューブが一体化されることにより、チューブ内の導線の間隔が、冷却ケーブル１０、１１の長手方向において略一定となるように設定されている。なお、一対のチューブを一体化する方法としては、一体成形かあるいは接着剤による接着、適宜のバンドによる締結等によって行われ、一体化するチューブとしては、一次コイル６側のチューブ同士と二次コイル３側のチューブ同士が好ましいが、一次コイル６側と二次コイル３側の往路同士と復路同士を一体化することも勿論可能である。
【００１５】
また、冷却ケーブル１０、１１は、図示はしていないが往路１０ａ、１１ａ側のチューブの内径が、復路１０ｂ、１１ｂ側のチューブの内径より大きくなるように設定されている。この理由は、往路１０ａ、１１ａ側の流量が少ないと加熱コイル９等内に冷却水が十分に循環されなくなると共に、復路１０ｂ、１１ｂ内の圧力低下でチューブが収縮状態となって冷却ケーブル１０、１１の寿命や内部導線の寿命を低下させたり、冷却効果を一層低下させる虞があるためである。勿論、内径を大きく設定すれば、往路１０ａ、１１ａ側と復路１０ｂ、１１ｂ側のチューブの内径を同一内径に設定することもできるし、例えばホースコネター１２やホースコネクター１４の間にバイパス流路を設けることで、冷却水の循環効率を高めることもできる。
【００１６】
そして、この冷却ケーブル１０、１１の他端は、図示しない例えば高周波加熱装置（トランジスタインバータ）の出力端子に接続されており、この冷却ケーブル１０、１１によって、出力変成器１と高周波加熱装置が電気的に接続されると共に、冷却水の循環流路が形成されることになる。なお、前記筒状ケース２の外面には、取付板１５が固定され、この取付板１５を介して出力変形器１が例えば溶接ロボットの可動アームに取り付けられる。
【００１７】
この出力変成器１によれば、図示しない高周波加熱装置から、冷却ケーブル１０、１１を介して一次コイル６に所定の高周波電流が供給されると、誘導結合によって二次コイル３に巻数比に応じた大電流が流れる。この大電流が加熱コイル９に供給されて、加熱コイル９に近接配置されているワーク（図示せず）が誘導加熱される。
【００１８】
また、高周波電流の供給と同時に、図示しない高周波加熱装置に設けられている冷却水供給装置が作動して、冷却ケーブル１０の往路１１ａ及びホースコネクタ１２から、二次コイル３の角パイプ、加熱コイル９、ホースコネクタ１２及び冷却ケーブル１０の復路１０ｂを介して冷却水が循環すると共に、一次コイル６内にも冷却ケーブル１１やホースコネクター１４等を介して、冷却水が循環供給され、大電流による一次コイル６や二次コイル３及び加熱コイル９等の発熱が抑えられる。
【００１９】
この時、冷却ケーブル１０、１１の各チューブを一体化することで、導線間の間隔を略一定に維持でき、導線間のインダクタンス（すなわち加熱コイル９のインピーダンス）が安定して、加熱効率の向上が図れると共に、往路１０ａ、１１ａと復路１０ｂ、１１ｂのチューブの内径を適宜に設定することで、冷却水の良好な循環状態が得られて、加熱コイル９や一次コイル６及び二次コイル３の冷却効率が向上し、結果として加熱コイル９によるワークの加熱効率の一層の向上が図れることになる。
【００２０】
このように、上記実施例の出力変成器１によれば、二次コイル３のコ字状凹部内にＩ型コア４を配置すると共に、このＩ型コア４の外側にリングコア５を積層状態で配設し、Ｉ型コア４の外周とリングコア５の内面間に一次コイル６を巻回するため、一次コイル６を二次コイル３と略平行状態で多数回巻回することができて、Ｉ型コア４に対する一次コイル６の巻数比率を高めることができる。
【００２１】
また、Ｉ型コア４の外側に厚さが半分のリングコア５を配設しているため、Ｉ型コア４で誘起される磁束を左右に分散させることができて、磁束をリングコア５内に封じ込める、すなわち磁束の外部への漏れがなくなって、一次コイル６と二次コイル３の誘導結合係数が高められる。これらのことから、Ｉ型コア４及び一次コイル６等の形状の小型化、すなわち出力変成器１自体の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２２】
また、出力変成器１の外周部にリングコア５が配設されているため、磁束の外部への漏れによる外部ノイズの発生を抑えることができ、出力変成器１を使用する箇所での、外部ノイズによる他の機器等への悪影響を防止することができる。さらに、出力変成器１が可撓性の冷却ケーブル１０、１１で高周波加熱装置に接続されているため、前記小型化及び軽量化と合わせ、出力変成器１の移動を容易に行うことができ、特に筒状カバー２に設けた取付板１５を利用して、例えば溶接ロボットの可動アームに簡単かつ強固に固定でき、加熱コイル９の使用範囲を大幅に拡大させることができる等、出力変成器１の使い勝手を大幅に向上させることが可能になる。
【００２３】
また、出力変成器１の外形形状がリングコア５に対応した筒状カバー２で略円筒形状に形成されているため、外形形状の一層の小型化が図れると共に、その使い勝手を一層向上させることができ、また、フェライトコアからなる形状簡易にして安価なＩ型コア４とリングコア５を使用するため、コア４、５のコストダウンを図ることができて、出力変成器１自体を安価に構成することが可能になる。
【００２４】
またさらに、リングコア５は、市販されている各種の大きさのリングコア５を適宜に選択して使用することができると共に、その積層個数を増減させることによって、出力変成器１の巻数比や結合係数等の特性を適宜に設定することができ、出力変成器１の設計自由度を大幅に向上させることができる。また、一次コイル６をＩ型コア４とリングコア５間に密に巻回することができるため、従来と略同等もしくはそれ以上の良好な結合係数の出力変成器１が容易に得られる。
【００２５】
なお、上記実施例においては、二次コイル３を一枚（巻数１）の導体で形成したが、本発明はこれに限定されるものでもなく、例えば導体を複数枚間隔を有して積層し、この導体間やその上下面等に一次コイル６を直列的に巻回するようにしても良い。また、上記実施例においては、二次コイル３にコ字状凹部を有する如く形成したが、本発明における略コ字状凹部とは、Ｕ字状及びＣ字状の凹部も含むものである。さらに、上記実施例における、Ｉ型コア４やリングコア５の形状、二次コイル３及び加熱コイル９の形状、一次コイル６の形状等は一例であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１または２に記載の発明によれば、Ｉ型コアの周囲に一次コイルが所定回数巻回されこの一次コイルの外側に二次コイルが配置されると共に、二次コイルと一次コイルを取り囲むようにリングコアが配置され、かつ一次コイルと二次コイルの端部にそれぞれ可撓性の冷却ケーブルが接続されているため、出力変成器の小型化と軽量化を図ることができると共に、リングコアや冷却ケーブルの効果的な使用で加熱効率の安定化をも同時に図ることができる。
【００２７】
また、冷却ケーブルの一次コイル側流路と二次コイル側流路の往路と復路とが一体化されているため、冷却ケーブルに係わるインダクタンスが均一化されて加熱コイルのインピーダンスが安定して、加熱効率の一層の向上を図ることができる。さらに、冷却ケーブルの一次コイル側流路と二次コイル側流路の往路と復路の流路径が異なる如く設定されているため、加熱コイル等の内部に冷却水を良好に循環させることができて、冷却性能が向上して加熱効率のより一層の向上を図ることができる。
【００２９】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、筒状カバーがその外面に取付板を有するため、この取付板を利用して例えば溶接ロボットの可動アームに出力変成器を取り付けできて、その使い勝手の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる高周波加熱装置用出力変成器の平面図
【図２】同その正面図
【図３】同その右側面図
【図４】同要部の内部状態を示す斜視図
【図５】同その右側面図
【図６】同横断面図
【図７】同縦断面図
【符号の説明】
１  出力変成器
２  筒状カバー
３  二次コイル
４  Ｉ型コア
５  リングコア
６  一次コイル
７  接続板
８  加熱コイル接続板
９  加熱コイル
９ａ  固定部
９ｂ  ストレート部
９ｃ  コイル部
１０、１１  冷却ケーブル
１０ａ、１１ａ  往路
１０ｂ、１１ｂ  復路
１２、１４  ホースコネクター
１５  取付板
【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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