(57)【要約】【課題】大電流の誘導加熱装置において、簡単な構成でもってインダクタンスの調整が可能な可変インダクタンス装置を提供する。【解決手段】可変インダクタンス装置１は、一対の主導体２１と、これら主導体２１の側面を覆うように配置される一対の可変板２２と、を備える。主導体２１は、高周波電源装置と誘導加熱コイルとの間の電力経路の一部を構成し、両者間の間隔が上端部の位置調整機構２３によって調整可能であり、これによりインダクタンスが大きく変化する。さらに一対の可変板２２の距離を調整することで、インダクタンスが微細に変化する。【選択図】図３
2016039123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの加熱を行う誘導加熱コイルと高周波電源との間に介装される誘導加熱用可変インダクタンス装置であって、
それぞれ中空矩形断面を有する一対の直線状の主導体が互いに隣接して平行に配置されており、
これら主導体の間の間隔を可変調整する調整機構を備えてなる、誘導加熱用可変インダクタンス装置。
【請求項２】
隣接して配置された一対の主導体の側方を両側から覆うように、導体からなる一対の可変板が配置されており、
これら可変板の間の間隔を可変調整する第２の調整機構を備えてなる、請求項１に記載の誘導加熱用可変インダクタンス装置。
【請求項３】
上記主導体が垂直姿勢で配置されており、一対の主導体の間の間隔が水平方向に沿って可変調整されることを特徴とする、請求項１または２に記載の誘導加熱用可変インダクタンス装置。
【請求項４】
上記調整機構は、
上記主導体の上端に、該主導体の長手方向と直交する平面に沿って設けられ、かつ位置固定用ボルトならびに端子接続用ボルトが螺合した板状のフランジ部と、
上記主導体がスライド可能に貫通する切欠部ならびに上記ボルトがスライド可能に貫通する長孔を有し、上記切欠部の周縁部によって上記フランジ部を支持するとともに、装置のフレームに固定された絶縁板と、
板状の主導体接続部が上記フランジ部の上に重ねて配置され、かつ上記端子接続用ボルトがスライド可能に貫通する長孔を有する出力端子と、
を備えて構成され、上記フランジ部が上記絶縁板と上記主導体接続部との間に挟持された状態でスライドする、ことを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱用可変インダクタンス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波電源を利用する誘導加熱装置や電縫管溶接装置などにおいて誘導加熱の特性調整のために用いられる可変インダクタンス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば高周波誘導加熱を利用した電縫管溶接装置においては、加熱対象となる金属管の口径や肉厚等に応じて高周波誘導加熱のインダクタンスを調節する必要がある。例えば、特許文献１には、コイル中心にコアを出し入れすることでインダクタンスの可変調整を行うようにした可変インダクタンス装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５０６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにコイルとその中心に進退可能に配置したコアとを用いた従来の可変インダクタンス装置においては、大電流の誘導加熱装置に適用しようとすると、径の大きな素線によりコイルを形成する必要があるとともに大型のコアの進退機構をコイルの外部に構成しなければならない、などにより、実際に装置を構成・製造することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、ワークの加熱を行う誘導加熱コイルと高周波電源との間に介装される誘導加熱用可変インダクタンス装置であって、
それぞれ中空矩形断面を有する一対の直線状の主導体が互いに隣接して平行に配置されており、
これら主導体の間の間隔を可変調整する調整機構を備えている。
【０００６】
上記の構成では、一対の主導体を介して高周波電源から誘導加熱コイルへの電力の供給がなされるが、矩形断面をなすこれら一対の主導体の間の間隔を変化させることで、インダクタンスが変化する。
【０００７】
従って、加熱対象となるワークの寸法等に応じて最適なインダクタンスに調整することができる。
【０００８】
望ましくは、本発明の誘導加熱用可変インダクタンス装置は、さらに、
隣接して配置された一対の主導体の側方を両側から覆うように、導体からなる一対の可変板が配置されており、
これら可変板の間の間隔を可変調整する第２の調整機構を備えている。
【０００９】
上記の構成では、主導体の側方に位置する可変板にうず電流が生じるため、一対の可変板の間の間隔つまり可変板と主導体との間の距離を変化させることで、インダクタンスが変化する。
【００１０】
一対の主導体の間隔を変化させることで生じるインダクタンス変化が比較的大きいのに対し、可変板と主導体との間の距離の変化に伴うインダクタンス変化は比較的小さい。従って、ワークの変更等に際して、主導体の間隔調整によりインダクタンスを大まかに調整した上で、第２の調整機構により、インダクタンスを微調整することができる。
【００１１】
本発明の好ましい一つの態様では、上記主導体が垂直姿勢で配置されており、一対の主導体の間の間隔が水平方向に沿って可変調整される。
【００１２】
このように主導体を垂直姿勢で配置することで、主導体の長さを大きく設定することが容易となり、工場における可変インダクタンス装置の設置面積が小さくなる。
【００１３】
より具体的な一つの態様では、上記調整機構は、
上記主導体の上端に、該主導体の長手方向と直交する平面に沿って設けられ、かつ位置固定用ボルトならびに端子接続用ボルトが螺合した板状のフランジ部と、
上記主導体がスライド可能に貫通する切欠部ならびに上記ボルトがスライド可能に貫通する長孔を有し、上記切欠部の周縁部によって上記フランジ部を支持するとともに、装置のフレームに固定された絶縁板と、
板状の主導体接続部が上記フランジ部の上に重ねて配置され、かつ上記端子接続用ボルトがスライド可能に貫通する長孔を有する出力端子と、
を備えて構成され、上記フランジ部が上記絶縁板と上記主導体接続部との間に挟持された状態でスライドする構成となっている。
【００１４】
このような構成では、位置固定用ボルトおよび端子接続用ボルトの双方を緩めた状態で主導体がフランジ部とともに水平方向に沿って移動可能となり、一対の主導体の間の間隔を調整することができる。このとき、重量物である主導体が絶縁板に支持されて該絶縁板から吊り下げられた状態となるので、主導体の移動つまり位置調整が容易である。そして適切な位置で位置固定用ボルトおよび端子接続用ボルトを締め付けることにより、主導体がフレームに対し固定され、かつ主導体と出力端子との間の電気的な接続が確保される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、簡単な構成でもってインダクタンスの調整が可能な可変インダクタンス装置を提供することができる。特に大電流の誘導加熱装置においても、主導体として断面積の大きなものを用いることが容易であり、一対の主導体の間隔調整によりインダクタンスを大きな範囲で可変調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係る可変インダクタンス装置を備えた電縫管溶接装置全体の構成を示す正面図。
【図２】可変インダクタンス装置の主要部を示す正面図
【図３】同可変インダクタンス装置の主要部の側面図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図５】フレームを含めた可変インダクタンス装置を上方から見た平面図。
【図６】可変インダクタンス装置の上端部の構成を示す正面図。
【図７】主導体を部品単体で示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）底面図、（ｄ）上面図。
【図８】絶縁板を部品単体で示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図。
【図９】出力端子を部品単体で示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図。
【図１０】入力端子を部品単体で示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この発明に係る可変インダクタンス装置１を備えた電縫管溶接装置全体の構成を示している。この電縫管溶接装置は、それぞれ縦型の直方体形状に構成された第１ユニット（図示せず）と第２ユニット３とに大別して構成されている。第１ユニットは、フレームの上に、インピーダンス整合用のコンデンサを主体とした整合部５を備えた構成であって、ワークとなる電縫管を製造する製造ラインに沿って配置されている。そして、整合部５の出力端子の先端に、電縫管の誘導加熱を行うための誘導加熱コイル８が接続されている。ワークとなる電縫管は、この誘導加熱コイル８の内周側に挿通され、誘導加熱によって溶接が行われる。
【００１９】
第２ユニット３は、下半部を構成する高周波電源装置９の上に、上半部を構成する可変インダクタンス装置１が載置された構成であって、ワークが流れる製造ラインから離れた相対的に清浄な環境下に配置されている。高周波電源装置９は、詳細は省略するが、図示せぬインバータを含んで構成されている。
【００２０】
可変インダクタンス装置１は、後述するように縦型に構成され、下端部が入力側、上端部が出力側、となるものであって、第２ユニット３のフレーム１１の頂面上に位置する一対の出力端子１２にそれぞれ銅板からなる出力リード１３が接続されているとともに、これら出力リード１３の端部と上記整合部５の入力端子とが、水冷式のケーブル１４を介して接続されている。上記出力リード１３は、フレーム１１上端部に取り付けられた細長い板状の上部サポート板１５によって支持されている。
【００２１】
図２および図３は、第２ユニット３の上半部に配置された縦型の可変インダクタンス装置１の詳細を示している。この可変インダクタンス装置１は、高周波電源装置９と整合部５とを接続する一対の電力経路の一部を構成する一対の直線状の主導体２１と、互いに隣接して配置されたこれら一対の主導体２１の側方を両側から覆うように配置された導体からなる一対の可変板２２と、を主体として構成されている。上記主導体２１は、銅板等の金属材料から中空の矩形断面を有する柱状に構成されており、各々の幅の広い方の面２１ａが互いに対向するようにして、一対の主導体２１が互いに平行に配置されている。各々の主導体２１は、その長手方向が垂直方向に沿った垂直姿勢でもって支持されている。そして、このように対向配置された一対の主導体２１は、後述する主導体２１の支持機構を兼ねた位置調整機構２３によって、水平方向への位置調整が各々可能となっており、これにより、一対の主導体２１の間の間隔が可変調整可能である。
【００２２】
なお、上記主導体２１の内部の中空部に冷却用の媒体（例えば冷却水）が循環供給されるようになっており、図示せぬ冷却水用ホースを接続するためのコネクタ部２４，２５が主導体２１の上端部および下端部に設けられている。
【００２３】
可変板２２は、長方形状の銅板などからなり、主導体２１の幅の狭い方の面２１ｂに対向して互いに平行に配置されている。なお、図２に明らかなように、可変板２２は主導体２１に対しても平行であり、一対の主導体２１を挟んで対称に配置されている。また、図３に示すように、可変板２２は、主導体２１の上端部および下端部の一部を除く大部分の範囲を覆っており、また、一対の主導体の間隔が最大限に開いた状態でも主導体２１の外側に適宜な余裕代が残存するように、その幅が設定されている。
【００２４】
上記可変板２２は、該可変板２２の上部および下部にそれぞれ配置された水平方向に延びた絶縁性ガイドバー２６を介してフレーム１１に支持されている。ここで、図４に示すように、絶縁性ガイドバー２６は、各々の高さ位置において左右に一対存在し、ブラケット２７を介してフレーム１１に固定されたスライドブッシュ２８によって水平方向にスライド可能に支持されている。また、図２，図４に示すように、可変板２２の中間高さ位置に、電動アクチュエータ２９によって水平方向に進退する二股状のプッシュロッド３０の先端が連結されている。従って、一対の可変板２２は、第２の調整機構となる各々の電動アクチュエータ２９の駆動によって水平方向に位置調整が可能であり、一対の可変板２２の間の間隔ひいては主導体２１との間の距離の可変調整が可能である。なお、電動アクチュエータ２９は、例えば、電動モータとボールネジ機構などから構成される。
【００２５】
次に、図５〜図９に基づいて、主導体２１の上端部に設けられた位置調整機構２３を説明する。図７は、主導体２１を部品単体で示しており、この主導体２１は、例えば銅板を中空の矩形断面をなすように折り曲げ、かつ接合線に沿ってろう付けないし溶接することで閉断面としたものであり、前述したように、内部を冷却水が通流する。主導体２１の上端には、該主導体２１の長手方向と直交する平面に沿った板状の上部フランジ部３１が固定されており、主導体２１の下端には、同じく該主導体２１の長手方向と直交する平面に沿った板状の下部フランジ部３２が固定されている。これらの上部フランジ部３１および下部フランジ部３２は、主導体２１の本体部分と同じ銅板等から構成され、ろう付けないし溶接によって取り付けられている。
【００２６】
上部フランジ部３１は、矩形状をなし、位置固定用ボルト３３（図６参照）が螺合する一対のネジ孔３４および端子接続用ボルト３５（図６参照）が螺合する一対のネジ孔３６を有する。前者のネジ孔３４は相対的に外側に位置し、後者のネジ孔３６は相対的に内側に位置する。
【００２７】
下部フランジ部３２は、上部フランジ部３１よりも小型の矩形状をなし、端子接続用ボルト３７（図２，図３参照）が貫通する一対のボルト挿通孔３９を有する。
【００２８】
ここで、上部フランジ部３１および下部フランジ部３２は、長辺の一方が主導体２１の対向面２１ａに沿っており、換言すれば、対向面２１ａよりも張り出していない形となるように主導体２１の本体部分に固定されている。
【００２９】
図８は、絶縁性樹脂等からなる絶縁板４１を部品単体で示している。この絶縁板４１は、図５に示すように、第２ユニット３のフレーム１１の幅に対応した長さを有する細長い矩形状をなし、取付ボルト４２（図５，図６参照）が挿通されるボルト挿通孔４３を四隅に備えている。絶縁板４１の一方の長辺には、主導体２１の本体部分がスライド可能に貫通する切欠部４４が形成されている。つまり、この切欠部４４は、主導体２１の対向面２１ａの幅に対応した開口幅を有し、かつ一対の主導体２１の間隔を変化させ得るように、奥行き寸法が主導体２１の面２１ｂの幅よりも拡大したものとなっている。そして、この切欠部４４の両側に沿って、上記位置固定用ボルト３３がスライド可能に貫通する一対の長孔４５が開口形成されている。この長孔４５の長さは、主導体２１の各々についての所望の可動量に対応している。
【００３０】
図９は、主導体２１の上部フランジ部３１に接続される出力端子１２を部品単体で示している。この出力端子１２は、銅板を折り曲げ形成したものであって、略正方形の主導体接続部１２ａと、この主導体接続部１２ａの一辺から９０°の角度で立ち上がるとともに、一方へ延長された長方形状をなすリード接続部１２ｂと、から構成されている。上記主導体接続部１２ａには、上部フランジ部３１に螺合した端子接続用ボルト３５がスライド可能に貫通する一対の長孔４７が開口形成されている。また、上記リード接続部１２ｂには、前述した出力リード１３をボルト４８，ナット４９を介して取り付けるための３個の取付孔５０が開口形成されている。上記長孔４７の長さは、やはり、主導体２１の各々についての所望の可動量に対応している。
【００３１】
図５，図６は、上述した各部品を組み立てた状態を示している。なお、図５では、出力リード１３は図示されていない。一対の絶縁板４１は、両者間に適宜な間隔を有するように互いに離れて配置され、かつ、各々４本の取付ボルト４２によってフレーム１１に固定されている。主導体２１は、その本体部分が絶縁板４１の切欠部４４を通過するように配置され、かつ上部フランジ部３１が絶縁板４１の上に重ねられている。つまり、上部フランジ部３１は、絶縁板４１の切欠部４４の周縁部分によって支持されており、これによって、主導体２１は絶縁板４１から吊り下げられた構成となっている。一対の位置固定用ボルト３３は、相対的に下側に位置する絶縁板４１の長孔４５を通して下側から上部フランジ部３１のネジ孔３４に螺合しており、この位置固定用ボルト３３の締付によって、上部フランジ部３１ひいては主導体２１が絶縁板４１に対し位置決め固定される。そして、上部フランジ部３１の上面に出力端子１２の主導体接続部１２ａが重ねられており、端子接続用ボルト３５が主導体接続部１２ａの長孔４７を通して上側から上部フランジ部３１のネジ孔３６に螺合している。この端子接続用ボルト３５の締付によって、出力端子１２が上部フランジ部３１に固定・接続される。なお、一対の出力端子１２は、部品単体としては同一形状を有するものであり、図５，図６等から明らかなように、各々のリード接続部１２ｂが互いに対向するように配置されている。これらの出力端子１２のリード接続部１２ｂには、ボルト４８，ナット４９を介して出力リード１３が固定されている。出力リード１３は、上部サポート板１５によって支持されているので、フレーム１１に対する出力端子１２の位置は、出力リード１３を介して一定に保持されている。
【００３２】
従って、上記の位置調整機構２３においては、位置固定用ボルト３３および端子接続用ボルト３５の双方を緩めた状態において、主導体２１を各々対向方向に移動させることができ、一対の主導体２１の間隔を適宜に調整することができる。このとき、重量物である主導体２１は絶縁板４１によって吊り下げられた状態に支持されており、上部フランジ部３１が絶縁板４１と出力端子１２の主導体接続部１２ａとの間に挟持された状態のままスライドするので、位置固定用ボルト３３および端子接続用ボルト３５を緩めた状態においても作業者は主導体２１を支持する必要が無く、その位置調整ならびに位置固定用ボルト３３の締付作業を容易に行うことができる。特に、図６に示すように、位置固定用ボルト３３は下方から上部フランジ部３１に螺合し、かつ端子接続用ボルト３５は上方から上部フランジ部３１に螺合しており、これらのボルト３３，３５は、いずれも主導体２１の重量を受けることがないので、ボルト３３，３５を緩めたり締め付けたりする作業を容易に行うことができる。また、上記可変インダクタンス装置１は、第２ユニット３の上半部に位置し、かつ主導体２１が縦型に配置されているので、作業者が立ったままの姿勢で位置調整を行うことができ、作業性に優れたものとなる。
【００３３】
一方、主導体２１の下部フランジ部３２には、図１０に示すようなＬ字形をなす入力端子５１が端子接続用ボルト３７およびナット３８（図２，図３参照）を介してそれぞれ取り付けられており、これらの入力端子５１によって一対の主導体２１が高周波電源装置９に接続されている。上記入力端子５１は、銅板を折り曲げ形成したものであって、主導体２１の位置調整を許容するように、一端の主導体接続部５１ａに、上記端子接続用ボルト３７が挿通される一対の長孔５２が形成されている。また、この入力端子５１の側面には、冷却水が通流する冷媒管５３が取り付けられている。
【００３４】
上記のように構成された可変インダクタンス装置１では、ワークとなる電縫管の径や肉厚等に応じて、平行な一対の主導体２１の間隔を変化させることで、インダクタンスを大きな変化幅でもって調整することができる。特に、電縫管溶接装置として大電流が必要であるが、上記構成では、主導体２１の断面積（肉厚）を必要に応じて大きく設定することで大電流に容易に対応できる。そして、主導体２１の位置調整によりインダクタンスを大まかに調整した後、一対の可変板２２の間隔（換言すれば主導体２１との間の距離）を変化させることで、インダクタンスをより微細に調整することができる。つまり、上記可変インダクタンス装置１は、感度が異なる２種のインダクタンス調整機構を備えたものとなっており、感度の高い主導体２１の間隔調整によりインダクタンスを大まかに調整した後に、相対的に感度の低い可変板２２の位置調整を行うことで、最適なインダクタンスに短時間でかつ精度よく調整することができる。
【００３５】
また上記実施例の可変インダクタンス装置１では、一対の主導体２１が縦型に配置されているため、インダクタンス調整に必要な主導体２１の長さを十分に確保しつつ可変インダクタンス装置１の設置面積を最小限のものとすることができる。
【００３６】
さらに上記実施例では、可変インダクタンス装置１および高周波電源装置９は、第２ユニット３として、誘導加熱コイル８を備えた第１ユニット（図示せず）とは別に構成されているので、誘導加熱コイル８が位置する環境に比較して、相対的に清浄な環境下に設置することが可能となる。
【００３７】
以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、電縫管溶接装置に適用した例を説明したが、本発明は、種々の誘導加熱装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…可変インダクタンス装置
３…第２ユニット
５…整合部
８…誘導加熱コイル
９…高周波電源装置
１２…出力端子
１２ａ…主導体接続部
２１…主導体
２２…可変板
２３…位置調整機構
２９…電動アクチュエータ
３１…上部フランジ部
３３…位置固定用ボルト
３５…端子接続用ボルト
４１…絶縁板
４４…切欠部
４５…長孔
４７…長孔
【図１】
2016039123.tif 000003
【図２】
2016039123.tif 000004
【図３】
2016039123.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016039123.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016039123.tif 000011
【図１０】
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