(57)【要約】      （修正有）【課題】被加熱体を均一な温度分布で加熱する誘導加熱装置を提供する。【解決手段】誘導加熱装置は、電気導体を巻回して渦巻状に形成したコイル１aを有し、コイル１ａは、被加熱体２に対してコイル１aの軸線Ｌ１が被加熱体２の被加熱面に沿って延在するように配設される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体を誘導加熱するために、
電気導体を巻回して形成されるコイルを有し、
前記コイルをその軸線が前記被加熱体の被加熱面に沿って延在するように配設することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱装置において、
前記コイルが前記コイル中央部で前記被加熱体に対して最も近接し、
前記コイルの両端に向かうにしたがって前記コイルの前記被加熱体に対向する面が離間するコイル形状になるように巻回することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の誘導加熱装置において、
前記コイルは中央部では前記電気導体の断面の面積を狭くし、
前記コイルの中央部から両端部に向かうにしたがって、前記電気導体の断面の面積を広くすることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置において、
前記コイルは中央部で前記電気導体が密になるように巻回し、
前記コイルの中央部から両端部に向かうにしたがって、前記電気導体が疎になるように巻回することを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置において、
前記誘導加熱装置の端部が前記被加熱体に対して昇降する昇降機構を備えることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項６】
電気導体を巻回して形成されるコイルを被加熱体に対し、
前記コイルの軸線が前記被加熱体の被加熱面に沿って延在するように配設することを特徴とする誘導加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱体を誘導加熱する誘導加熱装置及び該装置を用いた加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱装置は、電磁誘導によって被加熱体に電流を誘導して加熱する装置である。従来の技術によれば、コイルの軸線が被加熱体に対して垂直となるような誘導加熱装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
このような誘導加熱装置では、被加熱体に対し磁束線が略垂直になり、磁束線に沿ってコイル周縁部で被加熱体に誘導電流が生じるために、非加熱体がコイル径に応じて局所的に加熱され、コイル周縁部で高温となる。
【０００４】
そのため、加熱部と非加熱部との温度差が大きいことから熱膨張によって、熱歪が生じるという問題点がある。
【０００５】
特に、誘導加熱によって、薄い鋼板を加熱すると、対象物がコイル径に応じて局所的に加熱されるため、加熱される箇所と、冷えている箇所との温度差が激しく、加熱される箇所が局所的に熱膨張する。そのため、熱によって鋼板が歪み、薄い鋼板に熱可塑性樹脂を融着する場合には、シワ等のデフォームが発生する。したがって、薄い鋼板に熱可塑性樹脂を融着することは困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、均一な温度分布で加熱することができる誘導加熱装置と、これを用いた加熱方法と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】
【０００８】
本発明は、被加熱体を誘導加熱するために、電気導体を巻回して形成されるコイルを有し、前記コイルをその軸線が前記被加熱体の被加熱面に沿って延在するように配設することを特徴とする。
【０００９】
コイルを被加熱体に対し、コイル中央でコイルの軸線が被加熱体の被加熱面に対し延在するように配置することにより、磁束線が被加熱体の被加熱面に沿って延在するように生じる。
【００１０】
誘導加熱は、電磁誘導によって被加熱体に電流を誘導して加熱することから、磁束線に沿って加熱される特性がある。本発明では、磁束線が被加熱体の被加熱面に沿って延在するように生じることから、被加熱面での温度分布は中央付近で低下することなく、コイルに対向する部分は均一な温度分布となる。
【００１１】
本発明の誘導加熱装置において、コイル形状をコイルの中央部で最も高温になるように設計して配置することができれば、被加熱体を非加熱部との温度差が小さく、緩やかな温度勾配での加熱が可能となる。
【００１２】
そのためには、コイル形状を、コイル中央部で被加熱体に対して最も近接し、コイル両端に向かうにしたがって、被加熱体から離間するような形状とすればよい。
【００１３】
これによれば、コイル中央部が被加熱体に近接するように巻回されることにより、中央付近で温度が高くなるとともに、コイルの両端部にかけて温度が下降し、緩やかな温度勾配を生じる。そのため、加熱部と非加熱部の温度差が小さく熱歪が生じにくい。
【００１４】
また、本発明の誘導加熱装置において、前記コイルは中央部では前記電気導体の断面の面積を狭くし、前記コイルの中央部から両端部に向かうにしたがって、前記電気導体の断面の面積を広くすることが好ましい。
【００１５】
誘導加熱では、磁束密度が高いほど、温度が高くなる。したがって、コイル中央付近で磁束密度が高くなるようなコイル形状とすることによって、コイル中央部で加熱温度を高く、コイル両端部では温度を低く設定することができる。その結果、非加熱部との温度差を小さくすることができる。
【００１６】
磁束密度は電気誘導体の断面の面積が狭いほど高くなることから、コイル中央部ほど断面の面積の狭いコイルを用いればよい。
【００１７】
また、本発明の誘導加熱装置において、前記コイルは中央部で前記電気導体が密になるように巻回し、前記コイルの中央部から両端部に向かうにしたがって、前記電気導体が疎になるように巻回することが好ましい。
【００１８】
磁束密度はコイルが巻回される密度によっても調整可能であることから、コイル密度を調整することによって、温度調整を行うことができる。
【００１９】
コイルの電気導体間の間隔が密であるほど、磁束密度が高くなり、被加熱体に与える熱量を高くすることができる。したがって、コイルの電気導体の間隔を調節して巻回することによって、所望の温度勾配を得ることができる。
【００２０】
さらに、本発明の誘導加熱装置において、前記誘導加熱装置の端部が前記被加熱体に対して昇降する昇降機構を備えることが好ましい。
【００２１】
上述したコイル形状による温度調整機能に加え、コイル自体を昇降させる昇降機構を備えることにより、被加熱体に対する距離をさらに調整することが可能となる。そのため、被加熱体に応じて微細な温度調節が可能となる。
【００２２】
また、本発明の方法は、電気導体を巻回して形成されるコイルを被加熱体に対し、前記コイルの軸線が前記被加熱体の被加熱面に沿って延在するように配設することを特徴とする。
【００２３】
このような方法を用いれば、非加熱部との温度差を小さくすることができるため、薄い鋼板に対して樹脂材料を接着する場合でも、金属に熱歪が生じず、デフォームを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１の誘導加熱装置のコイル形状の模式図。
【図２】実施形態２の誘導加熱装置のコイル形状の模式図。
【図３】実施形態３の誘導加熱装置のコイル形状の模式図。
【図４】実施形態４の誘導加熱装置のコイル形状の模式図。
【図５】誘導加熱装置を有する熱可塑性樹脂の補強装置を示す概略図。
【図６】誘導加熱装置を一部切り欠いて示す模式図。
【図７】従来技術の誘導加熱装置のコイル形状の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態のコイル形状の模式図を示す。コイル１ａは、被加熱体２に対して、コイル１ａの軸線Ｌ１が被加熱体２の被加熱面に沿って延在するように配設される。そうすると、コイル１ａに電流を矢印方向に流した場合、被加熱体２に対して略水平になるような磁束３が生じる。
【００２７】
従来は、図７に示すように、コイル１に、矢印で示した方向に電流が流れると、被加熱体２に対して磁束３が略垂直方向に生じるように配置されていた。このようにコイル１を配置すると、コイル１の中心部では磁束３の流れが逆方向になることから、コイル周縁部に比べて発生する熱量は小さくなる。その結果、コイル周縁部では高温となり、コイル外側の非加熱部との温度差が大きくなる。
【００２８】
しかしながら、本実施形態１のようにコイル１ａを配置することによって、コイル中央部でも磁束３の流れの向きが変わることがないので、被加熱体２のコイル１ａに対向する部分では温度が均一となる。
【００２９】
さらに、コイル１ａは、コイル中央部で被加熱体２に対して近接するように、中央部を膨らませる形状とする。コイル１ａが中央部付近で最も被加熱体２に近接することにより、コイル１ａの中央部付近で最も高温に被加熱体２を加熱することが可能となる。
【００３０】
そして、コイル両端部に向かうにしたがって、徐々に被加熱体２から離間することによって、被加熱体２に与える熱量を緩やかに減少させることができる。
【００３１】
したがって、補強部材として熱可塑性樹脂を融着する場合にも、被加熱体２を均等かつ緩やかな温度勾配で昇温させることができるため、デフォームの発生を抑制することができる。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態２のコイル形状の模式図を示す。コイル１ｂは、中央部付近で曲がった形状に巻回し、被加熱体２に対して、中央部で近接するように配置する。
【００３３】
このようなコイル形状にすることによっても、コイル中央部で被加熱体２に最も近接し、コイル中央付近で最も高温に加熱することが可能となる。
【００３４】
次に、磁束密度を変えて、加熱温度を調節する方法について説明する。誘導加熱では磁束密度が高いほど、加熱温度を高くすることができる。この誘導加熱の特性を利用して、被加熱体２に与える熱量を調節し、緩やかな温度勾配としながら、加熱することができる。
【００３５】
図３は、本発明の実施形態３のコイル形状の模式図を示す。用いる導線として細い線を用いるほど、コイルの磁束密度を高くすることができる。したがって、断面の面積を変えたコイル１ｃを用いることによって、磁束密度を変え、温度勾配を調節することができる。
【００３６】
図３に示すように、中央部のコイル１ｃの電気導体の直径Ｄ１は最も小さく、両端部に向かうにしたがって、直径Ｄｎが徐々に大きくなるようにすればよい。直径Ｄｎ＞Ｄ１となるような電気導体にすれば、コイル中央部で最も断面積は狭くなり温度が高くなるように温度勾配を設定することができる。
【００３７】
なお、ここでは、電気導体の直径を変えることによって断面積を調節した例を図示したが、コイル中央部で断面積を最小にすることができれば、どのよう断面形状の電気導体であってもよい。
【００３８】
図４は、本発明の実施形態４のコイル形状の模式図を示す。これは、コイル１ｄを巻回する密度によって磁束密度を調節するものである。コイル中央部の電気導体間の間隔（Ｉ１）が、コイル両端部に向かうにしたがって、疎になるように巻回すればよい。つまり、Ｉｎ＞Ｉ１となるように、コイルを巻回することによって、コイル中央部で最も温度が高くなるようにできる。
【００３９】
このようなコイル形状とすることによって、コイル中央部で最も温度が高く、両端部に向かうにしたがって、温度が緩やかに低下する温度勾配で加熱することができる。
【００４０】
上記では、実施形態１〜４として、各コイル形状について説明したが、組み合わせて適用することも可能である。例えば、コイル中央部で被加熱体に近接する形状の実施形態１又は２のコイル形状と、磁束密度を調整することによって、温度勾配を調節する実施形態３又は４のコイル形状を併せ持たせるコイルとし、温度調節をすることも可能である。
【００４１】
図５は本発明の誘導加熱装置４を用い、金属パネルのような板材を熱可塑性樹脂により補強するための装置を示す。以下に当該装置を用いた補強方法を説明する。
【００４２】
図５に示すように、補強部材である溶着樹脂材料５は、溶着ツール６内の送りローラ７により連続供給される。溶着ツール６は、図示していないロボットに接続されており、溶着樹脂材料５で補強される金属パネル８上に移動させることが可能となっている。すなわち、溶着ツール６自体を可動とすることにより、金属パネル８上の任意の場所を溶着樹脂材料５によって補強することができる構成となっている。
【００４３】
溶着樹脂材料５は、溶着ツール６内に挿入される前に、電熱ヒータ管９等により、連続供給しながら予備加熱を行う構成とすることができる。
【００４４】
溶着ツール６内に移送された溶着樹脂材料５は、切断手段１０により、任意の長さに切断された後、温風加熱ガイド１１中に挿入され、ホットエアーを発生させる装置１２により最終加熱される。
【００４５】
一方、被補強部材である金属パネル８は、樹脂が溶着される部分を大気圧プラズマ発生装置１３により生成された大気圧プラズマで脱脂洗浄する。脱脂洗浄によって、溶着樹脂材料５が確実に密着することから、溶着樹脂材料５が接着する箇所としない箇所ができることを抑制し、接着力を増強させ、安定した接着を行うことができる。
【００４６】
そして、金属パネル８は、誘導加熱装置４によって加熱されながら、溶着樹脂材料５と接着され補強される。
【００４７】
誘導加熱装置４の圧着カバー１４内には、上述した誘電加熱装置のコイル１ｂを内蔵し、これに電流を流す。圧着カバー１４をセラミック、樹脂等の絶縁体とし、圧力制御を行うことによって、溶着樹脂材料５を溶着する金属パネル８の表面を電磁誘導で加熱しながら圧着することができる。誘導加熱装置４で圧着後、Ｌガイド付き圧着ローラ１５で確実に接着し、冷却エア発生装置１６により、冷却され接着が完了する。
【００４８】
図６は、図５に示した誘導加熱装置４の圧着部を一部拡大し、一部切り欠いて示した模式図である。
【００４９】
コイル１ｂは中央部で高温になるようなコイル形状のものを用いる。図６では、一例として実施形態２のコイル形状のものを用いているが、中央部が高温になるようなコイルであれば、いずれの形状のコイルを用いてもよい。
【００５０】
コイル１ｂの両端部は銅製ストロークガイド１７に接続され、さらに絶縁体製ブラケット１８を介してサーボモータ１９に接続されている。
【００５１】
コイル１ｂは、銅製ストロークガイド１７の下部で圧着カバー１４内に収容されている。そして、コイル１ｂは、圧着カバー１４内部の上壁に、巻線部の最外側で各々絶縁体からなる固定板２０により位置決めされている。
【００５２】
コイル１ｂの両端は上述のように、圧着カバー１４の外側で絶縁体製ブラケット１８を介してサーボモータ１９に接続されている。そして、接続しているサーボモータ１９は、コイル１ｂ両端を引っ張ることによりコイル１ｂ自体を昇降させることができる。
【００５３】
この構成により、金属パネル８の形状に追従して、コイル１ｂ両端をサーボモータ１９により昇降させ、コイル１ｂ位置を上下させることができる。そのため、コイル１ｂ位置を金属パネル８に対して上下させることができるので、微細な温度調節が可能になる。
【００５４】
ここでは、コイル１ｂの昇降機構の駆動源としてサーボモータ１９を例示しているが、コイル１ｂ部分を昇降させるものであればどのような駆動機構を用いてもよい。
【００５５】
また、コイル１ｂは銅製ストロークガイド１７を介し、リード２１と接続されている。リード２１からストロークガイド１７を介して、コイル１ｂに電流が流れる。銅製ストロークガイド１７は、中空に設計されており、パイプを介して冷媒を流せるようにしてもよい。
【００５６】
このような昇降機構を備えた誘導加熱装置４とすることによって、金属パネル８との距離を一定に保つことができるため、均一な温度で金属パネル８を昇温することができる。したがって、薄い鋼板を用いた場合であっても、熱膨張による熱歪が発生することなく、緩やかな温度勾配を形成することができる。
【００５７】
このように、金属パネル８の加熱工程で本発明の誘導加熱装置４を用いれば、金属パネル８を均等かつ緩やかな温度勾配で昇温させることができるので、デフォームの発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ〜１ｄ・・・コイル、２・・・被加熱体、３・・・磁束、４・・・誘導加熱装置、５・・・溶着樹脂材料、６・・・溶着ツール、７・・・送りローラ、８・・・金属パネル、９・・・電熱ヒータ管、１０・・・切断手段、１１・・・温風加熱ガイド、１２・・・ホットエアー発生装置、１３・・・大気圧プラズマ発生装置、１４・・・圧着カバー、１５・・・Ｌガイド付き圧着ローラ、１６・・・冷却エア発生装置、１７・・・ストロークガイド、１８・・・絶縁体製ブラケット、１９・・・サーボモータ、２０・・・固定板、２１・・・リード、Ｌ１〜Ｌ４・・・軸線
【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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