(57)【要約】【課題】高周波誘導加熱により加熱する場合には、ワークが大きくなると、ワーク全体を一度に加熱するためにはワークコイルを大型化して出力を大きくしなければならないが、大型化には機器上の限界がある。更に、出力源が一つだと、ワーク形状がパイプのように均一でない場合には、加熱温度がばらつき易い。【解決手段】ワーク加熱装置１の高周波誘導加熱部３は、一対のワークコイルがコイルケース１７，１９にそれぞれ収容された状態で互いに対向して配置されている。コイルケース１７，１９はその下方に設けられたモーターによりそれぞれ移動可能に構成されているので、一対のワークコイル間の距離、及び両側のワークコイルとワーク（Ｗ）との距離を調整できる。また、高周波誘導加熱部３が、複数配置されており、それぞれに高周波電源が接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された一対のワークコイルと、前記一対のワークコイルの間にあるワークとの距離を調整する距離調整手段と、前記ワークコイルの高周波出力を調整する出力調整手段とを備える高周波誘導加熱部が、複数配置されていることを特徴とするワーク加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載したワーク加熱装置を用いたワーク加熱方法において、ワークを高周波誘導加熱部の一対のワークコイルの間を連続的に移送させながら加熱することを特徴とするワーク加熱方法。
【請求項３】
請求項２に記載したワーク加熱方法において、予め、ワークを用いてワークの複数の部位の加熱状態を調べ、その結果に基づいてワークが均一に加熱される状態になるように、ワークコイル毎にワークコイルとワークとの距離情報やワークコイルの出力情報を取得しておき、前記情報に基づいて距離や出力を調整しながらワークを加熱することを特徴とするワーク加熱方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載したワーク加熱方法において、高周波誘導加熱部にワークの温度を測定する温度計を設け、前記温度計からの温度情報に基づいて距離及び／又は高周波出力を調整することを特徴とするワーク加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大きくしかも複雑な形状のワークでも、均一に加熱でき、焼過ぎや焼甘が生じ難いワーク加熱装置及びワーク加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波誘導加熱では微妙な温度調整が難しいことから、従来は、小形ワークを１個ずつ加熱したり、パイプ等の均一な形状のワークを加熱したりするのに利用されていたに過ぎない。
しかしながら、高周波誘導加熱を利用した場合にはワーク自体を加熱するので、紛体塗料を施した塗装品の焼付け処理として利用すれば、ワークに接触している側の塗料から加熱することができるので、塗膜はワークに強固に固定されることになる。また、脱脂処理をせずとも油分等が消散する利点がある上に、外から加熱するわけではないので乾燥ドーム設備も不要になる。
本出願人は、これらの利点に着目し、既に、高周波誘導加熱を利用したワーク加熱装置を開発し、特許文献１や特許文献２においてその内容を開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２６５８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１，２で開示されたワーク加熱装置を使用すれば、比較的小さいワークであれば複数でも均一に加熱することができる。しかしながら、ワークが大きくなると、ワーク全体を一度に加熱するためにはワークコイルを大型化して出力を大きくしなければならないが、大型化には機器上の限界がある。更に、出力源が一つだと、ワーク形状がパイプのように均一でない場合には、加熱温度がばらつき易い欠点がある。
【０００５】
それ故、上記課題を解決するための、種々の大きさや形状のワークを複数連続的に処理できる、汎用性の高いワーク加熱装置及びワーク加熱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、互いに対向して配置された一対のワークコイルと、前記一対のワークコイルの間にあるワークとの距離を調整する距離調整手段と、前記ワークコイルの高周波出力を調整する出力調整手段とを備える高周波誘導加熱部が、複数配置されていることを特徴とするワーク加熱装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載したワーク加熱装置を用いたワーク加熱方法において、ワークを高周波誘導加熱部の一対のワークコイルの間を連続的に移送させながら加熱することを特徴とするワーク加熱方法である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載したワーク加熱方法において、予め、ワークを用いてワークの複数の部位の加熱状態を調べ、その結果に基づいてワークが均一に加熱される状態になるように、ワークコイル毎にワークコイルとワークとの距離情報やワークコイルの出力情報を取得しておき、前記情報に基づいて距離や出力を調整しながらワークを加熱することを特徴とするワーク加熱方法である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載したワーク加熱方法において、高周波誘導加熱部にワークの温度を測定する温度計を設け、前記温度計からの温度情報に基づいて距離及び／又は高周波出力を調整することを特徴とするワーク加熱方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のワーク加熱装置及びワーク加熱方法を用いれば、複数のワークを連続的に処理したい場合でも、ワーク（Ｗ）の大きさや形状によりワークコイルの形状や位置を制御することにより、均一に加熱できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第1の実施の形態に係るワーク加熱装置１を図１から図１２に従って説明する。
符号３は高周波誘導加熱部を示し、この高周波誘導加熱部３は互いに対向して配置された一対のワークコイル５，７を有する。
図２，３に示すように、一対のワークコイル５，７は、導電性材料としての銅で構成された1本の銅パイプ９を巻いて形成した２つの渦巻状部からなる。渦巻状部の中央部分は渦電流が打ち消し合って出力が低下するので、周辺部よりコイルピッチ（Ｐ）を狭くしている。
ワークコイル５，７を構成する２つの渦巻状部を連結する中間部分と、両端部は切断・除去して、代わりに可とう性電通冷却ホース１５で連結している。
上記のように形成すると、図２に示すように、ワークコイル５，７は1本の可とう性電通冷却ホース１５で連結されるので、収容スペースが小さい場合には有用である。
【００１２】
可とう性電通冷却ホース１５は可撓性のある通水ホース１６と、その通水ホース１６の周囲に螺旋状に巻き回された高周波電流結合用の可撓性のある銅の撚り線１８とからなる。従って、ワークコイル５，７は、冷却水の流通路と電流回路とが一体に接続されていることになる。また、上記したように、可とう性電通冷却ホース１５は可撓性がある部材で構成されているので、ワークコイル５，７は互いに近接離間方向に移動可能である。
【００１３】
符号１７，１９は一対の縦長のコイルケースを示し、このコイルケース１７，１９は互いに対向して配置されている。このコイルケース１７，１９にはワークコイル５，７がそれぞれ垂直に立った姿勢で収納されている
コイルケース１７，１９の上面２１、側面２３及び背面２５は高周波遮蔽するため銅板で構成されている。また、互いに対向する前面は、ワークコイル５，７とワーク（Ｗ）との接触防止のため接触防止カバー（ケミット板）２７，２９で覆われている。
コイルケース１７，１９の前面の下部には逆Ｕ字形の隔板体３１，３３，３５が設けられている。隔板体３１，３３，３５は高周波遮蔽のためいずれも銅板で構成されている。隔板体３１の左端部はコイルケース１７に固定され、隔板体３３の右端部はコイルケース１９に固定されている。隔板体３５は隔板体３１，３３に対して相対的に摺動自在に係合されている。
隔板体３１，３３，３５によって、後述するモーター５９等を含む駆動部に対する高周波が遮蔽される。
【００１４】
隔板体３１，３３の下方には、板状のナット３７，３９がそれぞれ設けられている。ナット３７の下端部はコイルケース１７に固定され、側部は隔板体３１に固定されている。ナット３９の下端部はコイルケース１９に固定され、側部は隔板体３３に固定されている。
ナット３７，３９は互いに逆ネジの関係を為すように形成されている。
隔板体３１，３３とナット３７，３９との間には、可とう性電通冷却ホース１５を通すために開口４１，４３がそれぞれ形成されている。
【００１５】
コイルケース１７，１９の底面にはスライドブロック４５，４７がそれぞれ取り付けられている。符号４９は装置取付基盤を示し、この装置取付基盤４９にはガイドレール５１，５３が取り付けられている。このガイドレール５１，５３にスライドブロック４５，４７がそれぞれ摺動自在に係合している。
符号５９は開閉モーターを示し、この開閉モーター５９にはベルト６０を介して開閉ネジ６１が結合されている。この開閉ネジ６１とナット３７，３９はそれぞれ螺合されている。
開閉モーター５９が駆動されると、コイルケース１７（接触防止カバー２７を含む）、隔板３１及びワークコイル５からなる一体セットと、コイルケース１９（接触防止カバー２９を含む）、隔板３３及びワークコイル７からなる一体セットとが、互いに近接したり離間する方向に移動する。従って、ワークコイル５，７間の距離（Ｄ）は変わる。
【００１６】
符号６５は角形の支持体を示し、この支持体６５の一端部は下方に向かって直角に屈曲している。開閉モーター５９と開閉ネジ６１の軸受６３はこの支持体６５に固定されている。支持体６５の屈曲部にはナット６７が形成されている。
符号６９は中心移動モーターを示し、この中心移動モーター６９は装置取付基盤４７に固定されている。中心移動モーター６９には移動ネジ７１が結合されており、この移動ネジ７１はナット６７と螺合されている。
中心移動モーター６９が駆動されると、支持体６５が移動し、軸受６３、開閉ネジ６１および開閉モーター５９も支持体６５と一体に移動するので、ワークコイル５，７間の距離（Ｄ）を一定に保ちながらコイルケース１７，１９を図４に示す矢印方向に移動させる。即ち、ワークコイル５，７間の中心線（Ｃ）を移動させる。
【００１７】
２つの開閉モーター５９と中心移動モーター６９を互いに独立して駆動させることにより、ワークコイル５，７間の距離（Ｄ）と、ワーク（Ｗ）とワークコイル５との最短距離（ｄ（ｒ））とワークコイル７との最短距離（ｄ（ｌ））を変えることができる。
図６（１）は、開閉モーター５９が駆動されて、ワークコイル５，７間の距離が大きくなった状態を示す。図６（２）は、その後更に中心移動モーター６９が駆動された状態を示す。
図６（１）と（２）のワークコイル５，７間の距離（Ｄ１）と（Ｄ２）は同じであるが、図６（１）の中心線（Ｃ１）より、図６（２）の中心線（Ｃ２）が右側に位置している。
【００１８】
この高周波誘導加熱部３のワークコイル５，７を構成する銅パイプ９の両端部には後述する商用の高周波電源７３が電流結合されている。この高周波電源７３には図示しない冷却水の循環ユニットも接続されている。
ワーク加熱装置１では、上記した構成の高周波誘導加熱部３が３台配置されており、区別のために、左から順にＮＯ．１コイル、ＮＯ．２コイル、ＮＯ．３コイルとする。
このＮＯ．１コイル、ＮＯ．２コイル、ＮＯ．３コイルのそれぞれのワークコイル５とワークコイル７との間がワーク（Ｗ）の移送経路となる。
【００１９】
符号７５は非接触タイプの放射温度計を示し、この放射温度計７５はＮＯ．２コイルとＮＯ．３コイルの間に配置されている。
以上から分かるように、距離調整手段は開閉モーター５９、開閉ネジ６１、ナット３７，３９などからなるワークコイル５，７の開閉移動機構と、中心移動モーター６９、移動ネジ７１、支持体６５、ナット６７などからなるワークコイル５，７の一体水平移動機構とによって構成されている。出力調整手段は、高周波電源７３によって構成されている。
【００２０】
符号７７はワークハンガーを示し、このワークハンガー７７はワーク（Ｗ）の形状や吊り下げるワーク（Ｗ）の枚数に適用するように設計されている。ワークハンガー７７は導電性部材（銅）で構成された角パイプ状のポール７９が一定間隔で配置され、各ポール７９には上下方向に一定間隔をおいてアーム取り付けバー８１が固定されている。
符号８３，８４はＵ字状の吊るしアームを示し、アーム取り付けバー８１の両側に1個ずつ取り付けられている。
【００２１】
図７に示すように、吊るしアーム８３の先端には角錐状の引掛部８５，８７が設けられている。ワーク（Ｗ）の両側の上部には穴８８，８８がそれぞれ形成されている。この穴８８，８８に吊るしアーム８３，８４を通すことで、ワーク（Ｗ）をワークハンガー７７に吊り下げる。
ワークハンガー７７は特許文献１、２に示すようなハンガー移送手段により移送可能に構成されている。
【００２２】
制御系について図８に従って説明する。
符号８９はデータの書換え可能な記録媒体としてのタグを示し、このタグ８９はワークハンガー７７のポール７９に設けられた装着部９０に脱着自在に装着されている。タグ８９にはワーク（Ｗ）の品番が記録されている。
符号９１は制御部（コントローラー）を示し、この制御部９１にＮＯ．１コイル、ＮＯ．２コイル、ＮＯ．３コイルのそれぞれの高周波電源７３が接続されている。また、開閉モーター５９と、中心移動モーター６９の図示しない駆動電源も接続されている。更に、放射温度計７５も接続されている。
【００２３】
制御部９１にはタグ８９のデータを読取るための図示しない読取部が設けられている。
制御部９１はタグ８９からワーク（Ｗ）の品番を読取ると、予め取得されていたデータファイルからそのワーク（Ｗ）に対応したＮＯ．１コイル、ＮＯ．２コイル、ＮＯ．３コイルのそれぞれの高周波電源７３の出力情報と、開閉モーター５９と、中心移動モーター６９の駆動情報を読出し、それぞれを制御する。
また、放射温度計７５からの温度情報を取得すると、それに対応してＮＯ．３コイルの高周波出力を調整する。
【００２４】
上記のワーク加熱装置１の使用方法について説明する。
先ず、ワーク（Ｗ）を実際に加熱する前に、ワーク（Ｗ）と同じ形状のワーク（Ｗ）の複数の部位に熱電対などの温度計を設けてから、ワーク加熱装置１に移送して部位毎の加熱状態を調べる。
その結果に基づいてワーク（Ｗ）が均一に加熱される状態になるように、高周波誘導加熱部３のＮＯ．1〜ＮＯ．３毎にワークコイル５，７間の距離やワーク（Ｗ）とワークコイル５との距離やワーク（Ｗ）とワークコイル７との距離、更には出力を最適に設定する。
【００２５】
調整の基本方針は以下の知見を利用する。
（１）ワークコイル５，７間の距離（Ｄ）を狭く及び／又は高周波出力を大きくする程、ワーク（Ｗ）の温度を上げることができ、逆に、距離（Ｄ）を広く及び／又は高周波出力を小さくする程、ワーク（Ｗ）の温度を下げることができる。
（２）対向するワークコイル５，７とワーク（Ｗ）の各部位との最短距離（ｄ（ｒ）、ｄ（ｌ））を調整することで、ワーク（Ｗ）がガードレール柵材のような折り曲げ形状品（異形品）であっても、各部位の温度差を小さくできる。
なお、ワーク（Ｗ）の移送速度を遅くすれば、ワーク（Ｗ）の温度を上げることができ、逆に速くすれば、ワーク（Ｗ）の温度を下げることができる。
【００２６】
実際に、ワーク（Ｗ）として、図１、図９〜図１１に示す横長のガードレール柵材（未塗装、板厚：４ｍｍ、横長（Ｔ）：１０００ｍｍ）を使用し、ワークハンガー７７に図１に示すように複数吊り下げた。このときワーク（Ｗ）の左右隣り合う間隔（Ｇ）は１００ｍｍであった。また、コイルＮＯ．１〜ＮＯ．３は同じ大きさ（移送方向の長さ（Ｌ）：３００ｍｍ）のものを３００ｍｍずつ間隔をあけて並列させて使用した。
ワーク（Ｗ）のＡ，Ｂ，Ｃの部位に熱電対を配置させた上で、ワークコイルの距離（Ｄ）や高周波出力の条件を種々変えながら、図１と図１１の矢印方向に連続移送させた。そして、高周波誘導加熱部３からワーク（Ｗ）が出てきた後の、各部位の加熱状態（最高温度）を調べた。
なお、ワーク（Ｗ）をワークハンガー７７に一つだけ吊り下げる場合と、複数吊り下げる場合には温度が変わる。従って、上記の試験でも、実操業に対応させてワーク（Ｗ）を複数吊り下げて、各テストワーク毎に温度を計測しており、下記の表はその一例を記載しているに過ぎない。
測定結果は以下の通りである。
【００２７】
【表１】
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ｄ（ｒ）はワーク（Ｗ）とワークコイル７との最短距離、ｄ（ｌ）はワーク（Ｗ）とワークコイル５との最短距離をそれぞれ示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
上記より、「入口」が「中央」より４８℃低く、「出口」が「中央」より３５°低かったことが分かった。また、「Ａ」と「Ｂ」の温度差が入口側で４℃、中央部で１４℃、出口側で１５℃であったことが分かった。
【００３０】
上記を含む多数の試験結果を踏まえて、以下の事項が確認された。
（１）「入口」の温度は「中央」より４０〜５０℃低く、「出口」の温度は「中央」より３０〜４０℃低くなる。
（２）ワーク（Ｗ）がガードレール柵材のような折り曲げ形状品では、Ａ，Ｂ，Ｃの各部位とワークコイル５，７との距離により最高温度に１０〜２０℃の差ができる。
【００３１】
ワーク（Ｗ）の部位毎に加熱温度がばらつくと、焼ムラが生じて塗膜強度が低くなる。
従って、加熱温度を均一にするために、上記確認事項に対しては以下の対策を採る。
（１）高周波誘導加熱部３を複数配置する。
（２）温度の低い入口側と出口側は、ワークコイル５，７間の距離（Ｄ）を小さく、及び／又は、高周波出力を大きくする。
（３）ガードレール柵材の形状に対向するワークコイル５，７とワークの各部位との距離を調整する。
具体的には以下のように調整した。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
上記の条件では、ＮＯ．１コイルとＮＯ．３コイルは途中で位置が移動する。
即ち、ワーク（Ｗ）が矢印方向に移送されて、先頭方向からｘ（２００ｍｍ）まで進入するまでは進入距離ｘの下欄に記載した位置条件を満たし、更にｙ（６５０ｍｍ）まで進入するまでは進入距離ｙの下欄に記載した位置条件を満たし、ｙを通過すると進入距離ｘの下欄に記載した位置条件を満たすように、開閉モーター５９と中心移動モーター６９が駆動される。
なお、ＮＯ．３の出力は、放射温度計７５からの温度情報に基づいて更に微調整することで、最終温度を最適なものとしている。
【００３４】
図１２は第２の実施の形態を示す。
符号１０１は高周波誘導加熱部を示し、この高周波誘導加熱部１０１では一対のワークコイル１０３，１０５が上下方向に互いに対向して配置されていることを特徴とする。ワーク（Ｗ）は、丸内の移送方向における断面図に示すように、上面が開口された箱形である。このような形状のワーク（Ｗ）では均一に加熱するためには上下の温度制御を的確に行う必要があるので、ワークコイル１０３，１０５を上下に配置し、高さ方向のワークとの距離を調整することが望ましい。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成がこの実施の形態に限定されることは無く、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
例えば、上記第１の実施の形態ではワークコイルの距離や高周波出力は原則として予め取得された情報に基づいて制御していたが、温度計を複数箇所に設けてそれらからの温度情報に基づいて逐次制御しても良い。
また、高周波誘導加熱部の出口側に温度計を設けて、温度情報を加熱済み製品の品質評価情報として利用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のワーク加熱装置及びワーク加熱方法を、粉体塗装品の焼付け処理（後処理）に利用すれば、脱脂処理も不要になる上に、外から加熱するわけではないので乾燥ドーム設備も不要になる。
特に、静電塗装した場合のように塗膜が薄いような場合でも良品をつくることができる。ワーク（Ｗ）の大きさや形状によりワークコイルの形状や位置を制御して、均一に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るワーク加熱装置の斜視図である。
【図２】図１のワーク加熱装置の高周波誘導加熱部の一部破断斜視図である。
【図３】図１のワーク加熱装置のワークコイルの斜視図である。
【図４】図２の高周波誘導加熱部の断面図である。
【図５】図２の高周波誘導加熱部の駆動部の斜視図である。
【図６】図２の高周波誘導加熱部の移動状態の説明図である。
【図７】図１のワークハンガーにワークを吊り下げる方法の説明図である。
【図８】図１のワーク加熱装置の制御系を説明する図である。
【図９】図１のワーク加熱装置を用いたワーク加熱方法の説明図である。
【図１０】図９の一部拡大図である。
【図１１】図９の平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る高周波誘導加熱部の斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１‥ワーク加熱装置    ３‥高周波誘導加熱部    ５，７‥ワークコイル    ９‥銅パイプ    １１‥渦巻状部    １３‥底部    １５‥可とう性電通冷却ホース    １７，１９‥コイルケース    ２１‥上面    ２３‥側面    ２５‥背面    ２７，２９‥接触防止カバー    ３１，３３，３５‥隔板    ３７，３９‥ナット    ４１，４３‥開口    ４５，４７‥スライドブロック    ５１，５３‥ガイドレール    ５９‥開閉モーター    ６０‥ベルト  ６１‥開閉ネジ    ６３‥軸受    ６５‥支持体    ６７‥ナット    ６９‥中心移動モーター    ７０‥装置取付基盤    ７１‥移動ネジ    ７３‥高周波電源    ７５‥放射温度計    ７７‥ワークハンガー    ７９‥ポール    ８１‥アーム取り付けバー    ８３‥吊るしアーム    ８５，８７‥引掛部    ８９‥タグ    ９１‥制御部
１０１‥高周波誘導加熱部    １０３，１０５‥ワークコイル
Ｗ‥ワーク
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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