(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のワークの内面の誘導加熱に用いられる加熱コイルであって、
ワーク内に挿入され、ワークの内面を誘導加熱するヘッド部と、
前記ヘッド部の一端部及び他端部にそれぞれ接続されている一対のリード部と、
を備え、
前記ヘッド部及び前記リード部は、管材によって形成され、冷却媒体が流通される一続きの流路を構成しており、且つ前記ヘッド部は、断面略矩形状の管材によって形成されており、
前記リード部の流路断面積は、前記ヘッド部の流路断面積よりも大きい加熱コイル。
【請求項２】
請求項１記載の加熱コイルであって、
前記ヘッド部は、管材が巻かれてなり、
流路断面積が変化する前記ヘッド部と前記リード部との接続部は、前記ヘッド部の内側に配置されており、
前記ヘッド部の外表面を露呈させた状態で、前記接続部の周囲が補強材によって覆われている加熱コイル。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱コイルであって、
前記リード部の各々の前記ヘッド部との接続部分は、流路断面積が前記ヘッド部に向けて次第に狭まるテーパ状に形成されている加熱コイル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の加熱コイルであって、
一対の前記リード部は、ワーク内に挿入可能に互いに並行して延設されている加熱コイル。
【請求項５】
請求項４記載の加熱コイルであって、
前記リード部の延設方向に垂直な断面において、一対の前記リード部を内包する最小包含円の径は、該最小包含円と同心で且つ前記ヘッド部を内包する最小包含円の径よりも小さい加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状のワークの内面の誘導加熱に用いられる加熱コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状のワークの内面の誘導加熱に用いられる加熱コイルは、典型的には、ワーク内に挿入されてワークの内面を誘導加熱するヘッド部と、ヘッド部の一端部及び他端部にそれぞれ接続された一対のリード部とを備えている。
【０００３】
ヘッド部及びリード部は、管材によって形成され、冷却媒体が流通される一続きの流路を構成しており、一般的にはヘッド部とリード部とで同一の管材が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７２７１６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７０２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加熱コイルに供給される電力の周波数は、ワークの寸法や熱処理の仕様などに応じて適正範囲が異なる。しかし、単一の設備で種々のワークを種々の仕様で熱処理する場合などに、ワークの寸法や熱処理の仕様に対して適正範囲よりも低い周波数で加熱しなければならない場合がある。
【０００６】
一方、筒状のワークの内面の誘導加熱では、加熱コイルに供給される交流電力の周波数が低くなるほどに加熱効率が低下する傾向にある。
【０００７】
加熱効率の低下を補償すべく加熱コイルに供給される電力を増大させると、加熱コイルの発熱もまた増大する。加熱コイルは内部に流通される冷却媒体によって冷却されるが、例えばリード部内部の流路の形状によって冷却媒体の流量が制限されてしまい、加熱コイルの冷却が不足して加熱コイルの劣化が早まる虞がある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却媒体の流量を増加させることができる加熱コイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の加熱コイルは、筒状のワークの内面の誘導加熱に用いられる加熱コイルであって、ワーク内に挿入され、ワークの内面を誘導加熱するヘッド部と、前記ヘッド部の一端部及び他端部にそれぞれ接続されている一対のリード部と、を備え、前記ヘッド部及び前記リード部は、管材によって形成され、冷却媒体が流通される一続きの流路を構成しており、且つ前記ヘッド部は、断面略矩形状の管材によって形成されており、前記リード部の流路断面積は、前記ヘッド部の流路断面積よりも大きい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却媒体の流量を増加させることができる加熱コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの一例の構成を示す図である。
【図２】図１の加熱コイルのヘッド部の図１におけるII-II線断面を示す図である。
【図３】図１の加熱コイルの一対のリード部の図１におけるIII-III線断面を示す図である。
【図４】図１の加熱コイルの使用例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの他の例の構成を示す図である。
【図６】図５のVI-VI線断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１から図３は、本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの一例の構成を示し、図４は、図１の加熱コイルの使用例を示す。
【００１４】
図１に示す加熱コイル１は、円筒状のワークＷの内面の誘導加熱に用いられる加熱コイルである。加熱コイル１は、ワークＷ内に挿入され、ワークＷの内面を誘導加熱するヘッド部２と、ヘッド部２の一端部及び他端部にそれぞれ接続されている一対のリード部３と、を備える。
【００１５】
ヘッド部２は、図示の例では、断面略矩形状の管材が螺旋状に巻かれて形成されている。なお、ヘッド部２は、ワークやワークに施される熱処理の仕様などに応じて形成されるものであり、ヘッド部２の形状（例えば管材の巻き方や巻き数）は適宜変更可能である。
【００１６】
一対のリード部３のうち、一方のリード部３は、螺旋状に巻かれたヘッド部２の一方の端部に接続されている。他方のリード部３は、ヘッド部２の内側を挿通されて、ヘッド部２の他方の端部に接続されている。
【００１７】
ヘッド部２及びリード部３は、導電性を有する例えば銅などの金属製の管材によって形成されており、冷却媒体が流通される一続きの流路を構成している。冷却媒体としては、典型的には水が用いられる。
【００１８】
一対のリード部３は、各々に設けられている接続板４を介して、加熱コイル１に交流電力を供給する不図示の電源部に接続される。また、一対のリード部３は、各々の端部に設けられている継手５を介して、冷却媒体を供給する不図示の冷却媒体供給部に接続される。電源部から交流電流を供給されて発熱した加熱コイル１は、冷却媒体供給部から供給されて加熱コイル１の内部に流通される冷却媒体によって冷却される。
【００１９】
図４に示すように、加熱コイル１は、例えばワークＷの内面の移動加熱に用いられる。加熱コイル１に交流電力が供給されている状態で、ワークＷが軸方向に移動される。ワークＷの移動に伴い、ヘッド部２がワークＷの内部でワークＷの中心軸に沿って相対移動され、ワークＷの内面はヘッド部２の相対移動方向に連続的に誘導加熱される。
【００２０】
上記の移動加熱に用いられる加熱コイル１において、一対のリード部３もまた、ワークＷ内に挿入可能に形成されている。一対のリード部３は、ヘッド部２の中心軸に沿って、絶縁板６を間に挟んで互いに並行して直線状に延設されており、延設方向にヘッド部２よりも長く、比較的長尺に形成されている。
【００２１】
加熱コイル１の内部に流通される冷却媒体の流量は、例えばリード部３の内部の流路の形状によって制限される。特に、上記の移動加熱に用いられる加熱コイル１において比較的長尺に形成されるリード部３の内部の流路が冷却媒体の流量に与える影響は大きい。
【００２２】
そこで、加熱コイル１では、ヘッド部２とリード部３とで異なる管材が用いられ、リード部３の流路断面積Ｓ２がヘッド部２の流路断面積Ｓ１よりも大きくされている。図示の例では、ヘッド部２に用いられている管材が断面略正方形状であるのに対して、リード部３に用いられている管材は断面略長方形状であり、一対のリード部３は、全体として断面略正方形状を呈している。
【００２３】
リード部３の流路断面積を相対的に大きくすることにより、リード部３での圧損を抑制することができ、冷却媒体の供給圧力が同じであっても加熱コイル１の内部に流通される冷却媒体の流量を増加させることができる。一対のリード部３が比較的長尺に形成されている加熱コイル１において、リード部３での圧損を抑制することは、冷却媒体の流量を増加させるうえで特に有用である。
【００２４】
そして、加熱コイル１の内部に流通される冷却媒体の流量を増加させることによって加熱コイル１の冷却を促進することができるので、例えば適正範囲よりも低い周波数での誘導加熱である場合に、加熱コイル１に供給される電力を増大させて低周波数であることに起因する加熱効率の低下を補償し、且つ加熱コイル１の過熱を防止して加熱コイル１の劣化を抑制することが可能である。
【００２５】
また、ワークの内寸が小さくなるほどに加熱効率が低下する傾向にある。そこで、ワークＷが比較的小径である場合にも、同様に、加熱コイル１に供給される電力を増大させて加熱効率の低下を補償し、且つ加熱コイル１の過熱を防止して加熱コイル１の劣化を抑制することが可能である。本発明は、ワークＷの内径、換言すればヘッド部２の外径がφ５０ｍｍ以下である場合に好適である。
【００２６】
リード部３とヘッド部２とは、そのまま相互に接続されていてもよいが、圧損を軽減する観点から、リード部３のヘッド部２との接続部７は、図示の例のように、流路断面積がヘッド部２に向けて次第に狭まるテーパ状に形成されていることが好ましい。それによれば、冷却媒体供給側のリード部３からヘッド部２への冷却媒体の流れ、そして、ヘッド部２から冷却媒体排出側のリード部３への冷却媒体の流れが円滑となり、リード部３における圧損をより抑制することができる。
【００２７】
また、リード部３のヘッド部２との接続部７は、耐熱性ある適宜な補強材９で覆われて補強されることが好ましい。補強材９としては、例えば耐熱性接着剤を用いることができるが、粘土状の高透磁率材料を用い、図示の例のように、ヘッド部２の外表面を露呈させるように接続部７及びヘッド部２の周囲に高透磁率材料を充填して、接続部７を補強するとともに加熱効率を高めるようにしてもよい。
【００２８】
また、リード部３の流路断面積を大きくすることにより、リード部３の断面二次モーメントを大きくして剛性を高めることができる。
【００２９】
加熱コイル１では、一対のリード部３もまたワークＷに挿入されるが、この場合に、リード部３に流れる交流電流によってリード部３の周囲にも交番磁場が形成され、この交番磁場によってワークＷに渦電流が生じる。そして、ワークＷに生じる渦電流とリード部３に流れる電流との相互作用によってリード部３にローレンツ力が作用し、リード部３が振動する。よって、一対のリード部３がワークＷに挿入される加熱コイル１において、リード部３の断面二次モーメントを大きくして剛性を高めることは、上記の振動を抑制するうえで特に有用である。なお、図示の例では、一対のリード部３が補助的にガラスエポキシ等の補強材８で覆われているが、リード部３の剛性に応じて補強材８は省略してもよい。
【００３０】
一対のリード部３がワークＷに挿入される場合において、リード部３の延設方向に垂直な断面において、一対のリード部３を内包する最小包含円Ｃ１の径φ１が、この最小包含円Ｃ１と同心で且つヘッド部２を内包する最小包含円の径（図示の例ではヘッド部２の外径φ２）よりも小さいことが好ましい。それにより、ワークＷの内面とリード部３と間のギャップが、ワークＷの内面とヘッド部２と間のギャップよりも大きくなり、リード部３の周囲に形成される交番磁場がワークＷの誘導加熱に与える影響を低減することができる。それにより、ヘッド部２による誘導加熱の加熱効率が低下することを抑制することができる。
【００３１】
図５及び図６は、本発明の実施形態を説明するための、加熱コイルの他の例の構成を示す。なお、上述した加熱コイル１と共通する要素には共通の符号を付し、説明を省略又は簡略する。
【００３２】
図５及び図６に示す加熱コイル１１もまた、ワークＷの内面の移動加熱に用いられる加熱コイルであり、ワークＷ内に挿入されるヘッド部２と、ワークＷ内に挿入可能に形成されている一対のリード部１３と、を備える。
【００３３】
ヘッド部２及びリード部１３は、管材によって形成されており、冷却媒体が流通される一続きの流路を構成している。そして、ヘッド部２とリード部１３とで異なる管材が用いられ、リード部１３は、断面略半円形状の管材によって形成されており、リード部１３の流路断面積Ｓ３がヘッド部２の流路断面積Ｓ１（図２参照）よりも大きくされている。一対のリード部１３は、全体として断面略円形状を呈している。
【００３４】
このように、一対のリード部１３の断面形状をワークＷの内部空間の断面形状に相似させることにより、ワークＷの内部空間を有効に活用でき、リード部の流路断面積を一層増加させ、また、リード部の剛性を一層高めることができる。そして、リード部の剛性が高まることによって補強材が省略可能となり、加熱コイルの製造コストを削減することもできる。
【００３５】
以下に、リード部の流路断面積を変化させて冷却媒体の流量を検証した実験例について説明する。
【００３６】
実験例１〜３の加熱コイルの基本構成は上述した加熱コイル１と共通であり、以下の説明において加熱コイル１の各要素を適宜参照する。
【００３７】
実験例１〜３の各加熱コイルは、リード部３の流路断面積が互いに異なり、他の構成は共通である。実験例１〜３の各加熱コイルのリード部３の断面形状を表１に示す。
【００３８】
実験例１の加熱コイルでは、リード部３はヘッド部２と同じ断面略正方形状の管材によって形成されており、リード部３の流路断面積はヘッド部２の流路断面積と同一とされている。
【００３９】
実験例２の加熱コイルでは、リード部３は断面略長方形状の管材によって形成されており、リード部３の流路断面積はヘッド部２の流路断面積の略３倍とされている。
【００４０】
実験例３の加熱コイルでは、リード部３は断面略半円形状の管材によって形成されており、リード部３の流路断面積はヘッド部２の流路断面積の略５倍とされている。
【００４１】
実験例１〜３の各加熱コイルに、冷却水を同じ供給圧力にて供給し、各加熱コイルの内部に流通される冷却水の流量を測定した。測定結果を表１に併せて示す。
【００４２】
【表１】
0006286317.tif 000002
【００４３】
リード部３の流路断面積がヘッド部２の流路断面積と同じである実験例１の加熱コイルに対して、リード部３の流路断面積が相対的に大きい実験例２及び実験例３の加熱コイルでは、加熱コイルの内部に流通される冷却水の流量が増加している。以上の測定結果から、リード部３の流路断面積を相対的に大きくすることにより、冷却媒体の供給圧力が同じであっても加熱コイルの内部に流通される冷却媒体の流量を増加させることができることが確認された。
【００４４】
以上、説明したとおり、本明細書には下記の事項が開示されている。
（１）  筒状のワークの内面の誘導加熱に用いられる加熱コイルであって、ワーク内に挿入され、ワークの内面を誘導加熱するヘッド部と、前記ヘッド部の一端部及び他端部にそれぞれ接続されている一対のリード部と、を備え、前記ヘッド部及び前記リード部は、管材によって形成され、冷却媒体が流通される一続きの流路を構成しており、前記リード部の流路断面積は、前記ヘッド部の流路断面積よりも大きい加熱コイル。
（２）  上記（１）の加熱コイルであって、前記リード部の各々の前記ヘッド部との接続部分は、流路断面積が前記ヘッド部に向けて次第に狭まるテーパ状に形成されている加熱コイル。
（３）  上記（１）又は（２）の加熱コイルであって、一対の前記リード部は、ワーク内に挿入可能に互いに並行して延設されている加熱コイル。
（４）  上記（３）の加熱コイルであって、前記リード部の延設方向に垂直な断面において、一対の前記リード部を内包する最小包含円の径は、該最小包含円と同心で且つ前記ヘッド部を内包する最小包含円の径よりも小さい加熱コイル。
【符号の説明】
【００４５】
１     加熱コイル
２     ヘッド部
３     リード部
４     接続板
５     継手
６     絶縁板
７     接続部
８     補強材
Ｃ１   一対のリード部３の最小包含円
Ｃ２   ヘッド部２の最小包含円
【図１】
0006286317.tif 000003
【図２】
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【図３】
0006286317.tif 000005
【図４】
0006286317.tif 000006
【図５】
0006286317.tif 000007
【図６】
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