(57)【要約】【課題】加熱コイルとワークとの間でのスパークの発生を抑制する。【解決手段】加熱装置１は、ワークＷを誘導加熱する加熱コイル２と、加熱コイル２の一対のリード部１４ａ，１４ｂが接続され、加熱コイル２に交流電力を供給する電源ユニット３と、を備え、加熱コイル２の一対のリード部１４ａ，１４ｂの間の箇所が接地されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを誘導加熱する加熱コイルと、
前記加熱コイルの一対のリード部が接続され、前記加熱コイルに交流電力を供給する電源ユニットと、
を備え、
前記加熱コイルの前記一対のリード部の間の箇所が接地されている加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置であって、
前記加熱コイルの接地箇所は、前記一対のリード部間に印加される電圧の中性点である加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱装置であって、
前記加熱コイルを接地する接地線に流れる電流に基づいて、該加熱コイルとワークとの接触の有無を検出するコイルタッチ検出部をさらに備える加熱装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の加熱装置であって、
前記加熱コイルをワークに対して相対移動させながら、相対移動方向にワークを連続的に誘導加熱する加熱装置。
【請求項５】
電源ユニットに接続される一対のリード部を有し、電源ユニットから交流電力が供給されてワークを誘導加熱する加熱コイルであって、
接地線が接続される接続部が前記一対のリード部の間の箇所に設けられている加熱コイル。
【請求項６】
請求項５記載の加熱コイルであって、
前記接続部は、前記一対のリード部間に印加される電圧の中性点に設けられている加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを誘導加熱する加熱装置及び加熱コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱では、ワークを加工するために使用された潤滑被膜がワークから剥離したカス（ボンデカス）や、加熱されたワークの表面に生じる酸化被膜（スケール）がワークから剥離したカスなどが加熱コイルに付着する。そして、スケール等が加熱コイルに堆積すると加熱コイルとワークとの間のギャップが狭まり、加熱コイルとワークとが接触（コイルタッチ）し、また、加熱コイルとワークとの間でスパークが発生する場合がある。
【０００３】
特許文献１に記載された加熱装置では、図４に示すように、加熱部の加熱コイルに高周波電力を供給する整合部（図４では変成部として示される）の二次側Ｓｅｃが直流電源ＤＣを介して接地され、接地線に流れる電流レベルの変化に基づいてコイルタッチが検出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された加熱装置ではコイルタッチが検出されるが、コイルタッチの発生が抑制されるわけではなく、スパークの発生が抑制されわけでもない。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、加熱コイルとワークとの間のスパークの発生を抑制することができる加熱装置及び加熱コイルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の加熱装置は、ワークを誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの一対のリード部が接続され、前記加熱コイルに交流電力を供給する電源ユニットと、を備え、前記加熱コイルの前記一対のリード部の間の箇所が接地されている。
【０００８】
また、本発明の一態様の加熱コイルは、電源ユニットに接続される一対のリード部を有し、電源ユニットから交流電力が供給されてワークを誘導加熱する加熱コイルであって、接地線が接続される接続部が前記一対のリード部の間の箇所に設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加熱コイルとワークとの間のスパークの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための加熱装置の一例の構成を示す図である。
【図２】図１の加熱装置の回路構成を示す図である。
【図３】図１の加熱装置の変形例の回路構成を示す図である。
【図４】従来の加熱装置の一例の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態を説明するための加熱装置の一例の構成を示す。
【００１２】
図１に示す加熱装置１は、ワークＷを誘導加熱する加熱コイル２と、加熱コイル２に交流電力を供給する電源ユニット３とを備える。
【００１３】
ワークＷは長尺材であり、例えば複数のローラを含んで構成される搬送部４によって長手方向に搬送され、加熱装置１に連続的に搬入される。電源ユニット３から加熱コイル２に交流電力が供給され、加熱コイル２はワークＷの搬送方向に相対移動されながらワークＷを連続的に誘導加熱する。
【００１４】
図２は、図１の加熱装置１の回路構成を示す。
【００１５】
電源ユニット３は、高周波電源（以下、単に電源という）１０と、整合部１１とを有する。電源１０は、例えばインバータ型電源などで構成され、高周波の交流電力を生成する。整合部１１は、高周波電流変成器（以下、単に変成器と言う）を含んで構成され、変成器の一次側１２ａに電源１０が接続され、変成器の二次側１２ｂに加熱コイル２が接続されている。整合部１１は、負荷である加熱コイル２との整合を図り、電源１０にて生成される高周波の交流電力を効率よく加熱コイル２に供給する。
【００１６】
加熱コイル２は、ヘッド部１３と、一対のリード部１４ａ，１４ｂとを有する。ヘッド部１３は、例えば銅管などの導電性の管材で形成され、管材がワークＷの被加熱部位に応じた形状に成形されて構成される。管材で形成されるヘッド部１３の内部には、水などの冷却液が流通される。リード部１４ａ，１４ｂは、例えば銅板などの導電性の板材で形成され、ろう付けなどの適宜な方法によってヘッド部１３の端部にそれぞれ接合されている。
【００１７】
一対のリード部１４ａ，１４ｂが電源ユニット３（詳細には、整合部１１に含まれる変成器の二次側１２ｂ）に接続され、一対のリード部１４ａ，１４ｂを介してヘッド部１３に交流電力が供給される。ヘッド部１３に交流電流が流れることにより、ヘッド部１３の周囲に交番磁場が形成される。そして、ヘッド部１３の周囲に形成される交番磁場の磁束がワークＷと鎖交し、ワークＷにおける鎖交部位に渦電流が生じ、鎖交部位（被加熱部位）が加熱される。
【００１８】
加熱コイル２には、接地線が接続される接続部１５が設けられている。接続部１５は、加熱コイル２に流れる電流経路に沿って、一対のリード部１４ａ，１４ｂの間の箇所（リード部１４ａ，１４ｂは除く）、即ちヘッド部１３に設けられている。
【００１９】
ここで、電源ユニット３によって一対のリード部１４ａ，１４ｂ間に印加される電圧のピーク値をＶとする。
【００２０】
ワークＷは、通常、搬送部４などを介して接地されており、リード部１４ａが接地され、あるいはリード部１４ａが接続される電源ユニット３の出力端側が接地された場合には、リード部１４ｂが接合されているヘッド部１３のリード部１４ｂ側端部とワークＷとの間の電位差のピーク値がＶとなる。また、リード部１４ｂが接地され、あるいはリード部１４ｂが接続される電源ユニット３の出力端側が接地されたた場合には、リード部１４ａが接合されているヘッド部１３のリード部１４ａ側端部とワークＷとの間の電位差のピーク値がＶとなる。
【００２１】
一対のリード部１４ａ，１４ｂの間の接続部１５が接地された本例では、接地された接続部１５を基準電位として、リード部１４ａのピーク電位、及びリード部１４ｂのピーク電位の各々の絶対値はＶよりも小さくなる。即ち、ヘッド部１３のリード部１４ａ側端部とワークＷとの間の電位差のピーク値、及びヘッド部１３のリード部１４ｂ側端部とワークＷとの間の電位差のピーク値が、いずれもＶよりも小さくなる。
【００２２】
このように、一対のリード部１４ａ，１４ｂの間の接続部１５を接地することによって、ヘッド部１３の各部とワークＷとの間の電位差の最大値を縮小することできる。換言すれば、ヘッド部１３の全体に亘ってヘッド部１３とワークＷとの間の電位差を縮小することができる。それにより、ヘッド部１３の全体に亘って、ヘッド部１３とワークＷとの間でスパークが発生することを抑制でき、仮にスパークが発生したとしてもスパークによって放出されるエネルギーを減少させ、ヘッド部１３やワークＷが溶損することを抑制することができる。
【００２３】
接続部１５の設置箇所は、好ましくは、一対のリード部１４ａ，１４ｂ間に印加される電圧を二分する中性点である。それにより、接続部１５を挟んでリード部１４ａ側とリード部１４ｂ側とで略等しくヘッド部１３の各部とワークＷとの間の電位差を縮小でき、より効果的にスパークを抑制することができる。
【００２４】
なお、スパークの発生を抑制する観点では、加熱中の加熱コイル２のヘッド部１３及びワークＷの被加熱部位に向けて、水などの冷却流体を霧状にして噴射するようにしてもよい。なお、冷却流体を霧状にして噴射するとは、冷却流体を、雰囲気中で浮遊可能な程度の微細な粒子として噴射することを意味する。
【００２５】
霧状に噴射された冷却流体の粒子は熱容量が極めて小さく、冷却流体の粒子がワークＷの被加熱部位から奪う気化熱もまた極めて小さいので、霧状に噴射された冷却流体の粒子との接触によってワークＷの被加熱部位が過度に冷却されることはない。したがって、加熱中であっても加熱コイル２及びワークＷに向けて冷却流体を霧状にして噴射することが可能である。
【００２６】
そして、ワークＷから剥離したボンデカスやスケールは、加熱コイル２の周囲に充満する霧状の冷却流体によって捕捉され、スケール等の加熱コイル２への付着が抑制される。これにより、スケール等が加熱コイル２に堆積することに起因するスパークの発生を抑制することができる。加熱中に加熱コイル２のヘッド部１３及びワークＷの被加熱部位に向けて冷却流体を霧状にして噴射し、加熱コイル２に付着するスケール等を除去可能であることは、本例のようにワークの加熱が完了するまでに比較的長時間を要する長尺材の連続誘導加熱において特に有用である。
【００２７】
図３は、加熱装置１の変形例の回路構成を示す。
【００２８】
図３に示す例は、加熱コイル２とワークＷとの接触の有無を検出するコイルタッチ検出部５をさらに備える。
【００２９】
ワークＷと加熱コイル２とが非接触に保たれている状態で、接続部１５と接地とを接続する接地線には、加熱コイル２及び電源ユニット３の変成器の二次側１２ｂの誘導リアクタンスによって分流された所定レベルの電流が流れる。これに対して、ワークＷと加熱コイル２とが接触していると、上記の誘導リアクタンスによる分流バランスが崩れ、接地線に流れる電流レベルが変化する。
【００３０】
コイルタッチ検出部５は、例えばカレントトランスなどを用いて、加熱コイル２とワークＷとが接触したときに接地線に流れる電流を監視し、それにより加熱コイル２とワークＷとの接触の有無を検出する。
【００３１】
以下に、上述した加熱装置１において、スパーク抑制効果を検証した実験例について説明する。
【００３２】
実験例１では、加熱コイル２の一対のリード部１４ａ，１４ｂの間の略中央箇所に接続部１５を設けて接続部１５を接地し、長尺材のワークＷを長手方向に搬送しながら加熱コイル２によってワークＷを連続的に誘導加熱した。
【００３３】
実験例２では、加熱コイル２の一対のリード部１４ａ，１４ｂのうち一方のリード部１４ｂを接地し、ワークＷの搬送速度及び電源ユニット３の出力は実験例１と同じとして、長尺材のワークＷを長手方向に搬送しながら加熱コイル２によってワークＷを連続的に誘導加熱した。
【００３４】
実験例２ではワークＷを５０ｍほど処理したところでスパークが発生したが、実験例１ではワークＷを３００ｍ処理してもスパークは発生せず、一対のリード部１４ａ，１４ｂの間の接続部１５を接地することによってスパークの発生を抑制できることが確認された。
【００３５】
なお、ワークＷを搬送しながら連続的に誘導加熱する場合を例に本発明を説明したが、本発明は、ワークＷの搬送を伴わない、いわゆる定置加熱にも適用可能である。
【００３６】
以上、説明したとおり、本明細書に開示された加熱装置は、ワークを誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの一対のリード部が接続され、前記加熱コイルに交流電力を供給する電源ユニットと、を備え、前記加熱コイルの前記一対のリード部の間の箇所が接地されている。
【００３７】
また、本明細書に開示された加熱装置は、前記加熱コイルの接地箇所が、前記一対のリード部間に印加される電圧の中性点である。
【００３８】
また、本明細書に開示された加熱装置は、前記加熱コイルを接地する接地線に流れる電流に基づいて、該加熱コイルとワークとの接触の有無を検出するコイルタッチ検出部をさらに備える。
【００３９】
また、本明細書に開示された加熱装置は、前記加熱コイルをワークに対して相対移動させながら、相対移動方向にワークを連続的に誘導加熱する。
【００４０】
また、本明細書に開示された加熱コイルは、電源ユニットに接続される一対のリード部を有し、電源ユニットから交流電力が供給されてワークを誘導加熱する加熱コイルであって、接地線が接続される接続部が前記一対のリード部の間の箇所に設けられている。
【００４１】
また、本明細書に開示された加熱コイルは、前記接続部が、前記一対のリード部間に印加される電圧の中性点に設けられている。
【符号の説明】
【００４２】
１     加熱装置
２     加熱コイル
３     電源ユニット
４     搬送部
５     コイルタッチ検出部
１０   高周波電源
１１   整合部
１３   ヘッド部
１４ａ リード部
１４ｂ リード部
１５   接続部
Ｗ     ワーク
【図１】
2016157567.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016157567.tif 000005
【図４】
2016157567.tif 000006