(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部分を有する被加熱物の一つの平面部分を誘導加熱する、前記一つの平面部分の側にのみ配置された誘導加熱コイルにおいて、
それぞれが前記一つの平面部分に向き合ってそれぞれに同一方向の電流が流れることにより前記一つの平面部分を均一に誘導加熱する並行な複数の導体部を有し、
該複数の導体部は、それぞれの幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであり、且つ、前記一つの平面部分の幅方向に直交する長手方向に延びるものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
前記複数の導体部は、それらの幅を合計した幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱コイル。
【請求項３】
前記複数の導体部は、前記一つの平面部分の前記長手方向の長さよりも長いものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱コイル。
【請求項４】
前記導体部は、その幅方向一端が前記一つの平面部分の幅方向一端よりも幅方向中央部に位置しているものであることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の誘導加熱コイル。
【請求項５】
平面部分を有する被加熱物の一つの平面部分を、該被加熱物が固定された状態で誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、
所定方向に延びてリードを介して高周波電源に接続される第１導体部と、
該第１導体部の後端から前記所定方向に交差する方向に延びる第２導体部と、
前記所定方向とは反対の方向であって前記第１導体部の後端から離れる方向に前記第２導体部の後端から延びる第３導体部と、
該第３導体部の後端から略直角に折れ曲がって、前記第２導体部の先端から離れる方向に延びる第４導体部と、
該第４導体部の後端から前記第３導体部に並行に延びる、該第３導体部とほぼ同じ長さの第５導体部と、
該第５導体部の後端から略直角に折れ曲がって、前記第２導体部の後端から離れる方向に延びる第６導体部と、
該第６導体部の後端から前記第５導体部に並行に延びる、前記第５導体部とほぼ同じ長さの第７導体部と、
該第７導体部の後端から略直角に折れ曲がって、前記第４導体部の後端に近付く方向に延びる、前記第４導体部とほぼ同じ長さの第８導体部と、
該第８導体部の後端から、前記第５導体部に近接して該第５導体部に並行に延びる、該第５導体部とほぼ同じ長さの第９導体部と、
該第９導体部の後端から略直交して、前記第１導体部の後端に近付く方向に延びる第１０導体部と、
該第１０導体部の後端から前記１導体部に並行に延び、リードを介して前記高周波電源に接続される第１１導体部とを備え、
前記第５導体部及び前記第９導体部は、
前記一つの平面部分に対向して配置されるものであり、且つ、
それぞれの幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであり、且つ、
前記一つの平面部分の幅方向に直交する長手方向に延びるものであり、且つ、
前記第５導体部及び前記第９導体部の幅を合計した幅が前記一つの平面部分の幅よりも狭いものであることを特徴とする誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱物の平面部分を誘導加熱するための誘導加熱コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、誘導加熱を利用して鋼製部材などの被加熱物の一部分を加熱し、加熱された一部分を急冷して硬化させる高周波焼入れが広く使用されている。被加熱物には様々な形状のものがあり、また、加熱される一部分にも様々な形状のものがある。このような一例として、被加熱物の平面部分を誘導加熱して急冷し、硬化させる場合がある。
【０００３】
被加熱物の平面部分を誘導加熱する際には、例えば、平面部分とほぼ同じ面積でこの平面部分に向き合う導体部を有する誘導加熱コイルが使用される。平面部分の面積が広い場合は、その広さに応じて導体部の広い誘導加熱コイルが使用される。また、渦巻き状の導体部を有するパンケーキ型コイルと呼ばれる誘導加熱コイルを使用して平面部分を誘導加熱することもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように平面部分とほぼ同じ面積の導体部を有する誘導加熱コイルやパンケーキ型の誘導加熱コイルを用いて被加熱物の平面部分を誘導加熱して急冷した場合、平面部分の位置によって硬さ分布にむらが生じるおそれがあることが、本発明者によって判明した。このような硬さ分布のむらは、加熱後の冷却法に何らかの問題がある場合があるので、冷却法をいろいろ変えて工夫してみた。しかし、冷却法をいろいろ変えても硬さ分布のむらを解決できなかった。
【０００５】
そこで、本発明者は、被加熱物の平面部分を加熱する誘導加熱方法に問題があると考え、誘導加熱方法について検討した。この結果、被加熱物の平面部分とほぼ同じ面積の導体部を有する誘導加熱コイルを使用した場合、導体部の幅方向両端部に流れる電流の密度が幅方向中央部に流れる電流の密度よりも低く、被加熱物の平面部分を均一に加熱できないおそれがあることが判明した。また、パンケーキ型の誘導加熱コイルを使用した場合も同様に、被加熱物の平面部分を均一に加熱できないおそれがあることが判明した。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、被加熱物の平面部分を均一に加熱できる誘導加熱コイルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の誘導加熱コイルは、被加熱物の平面部分を誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、
（１）それぞれが上記平面部分に向き合い、それぞれに同一方向の電流が流れる並行な複数の導体部を有することを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、
（２）上記複数の導体部は、近接して同一方向に延びる２つの導体部からなるものであってもよい。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明の第２の誘導加熱コイルは、被加熱物の平面部分を誘導加熱するための誘導加熱コイルにおいて、
（３）所定方向に延びてリードを介して高周波電源に接続される第１導体部
（４）この第１導体部の後端から上記所定方向に交差する方向に延びる第２導体部
（５）上記所定方向とは反対の方向であって上記第１導体部の後端から離れる方向に上記第２導体部の後端から延びる第３導体部
（６）この第３導体部の後端から略直角に折れ曲がって、上記第２導体部の先端から離れる方向に延びる第４導体部
（７）この第４導体部の後端から上記第３導体部に並行に延びる、この第３導体部とほぼ同じ長さの第５導体部
（８）この第５導体部の後端から略直角に折れ曲がって、上記第２導体部の後端から離れる方向に延びる第６導体部
（９）この第６導体部の後端から上記第５導体部に並行に延びる、上記第５導体部とほぼ同じ長さの第７導体部
（１０）この第７導体部の後端から略直角に折れ曲がって、上記第４導体部の後端に近付く方向に延びる、上記第４導体部とほぼ同じ長さの第８導体部
（１１）この第８導体部の後端から、上記第５導体部に近接してこの第５導体部に並行に延びる、この第５導体部とほぼ同じ長さの第９導体部
（１２）この第９導体部の後端から略直交して、上記第１導体部の後端に近付く方向に延びる第１０導体部
（１３）この第１０導体部の後端から上記１導体部に並行に延び、リードを介して上記高周波電源に接続される第１１導体部
を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、本発明でいう平面部分とは、平らな面のみでなく、多少の凹凸がある平面的な部分や湾曲した面も含む概念である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１、図２を参照して、本発明の誘導加熱コイルの一実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、一実施形態の誘導加熱コイルを示す正面図であり、図２は、図１の誘導加熱コイルの側面図である。また、誘導加熱コイルに示された矢印は、電流の流れの一例を表わす。
【００１４】
誘導加熱コイル１０は、矢印Ａ方向（本発明にいう所定方向の一例である）に延びる第１導体部１２を有している。この第１導体部１２は、リード１４を介して高周波電源（図示せず）に接続されている。第１導体部１２の後端１２ａからは、矢印Ａ方向に交差する方向であって、図１の右斜め下方に向かって第２導体部１６が延びている。第２導体部１６の後端１６ａからは、矢印Ａ方向とは反対方向であって第１導体部１２の後端１２ａから離れる方向に第３導体部１８が延びている。第３導体部１８の後端１８ａからは略直角に折れ曲がって、第２導体部１６の先端１６ｂから離れる方向に第４導体部２０が延びている。
【００１５】
第４導体部２０の後端２０ａからは第３導体部１８に並行に第５導体部２２が延びており、この第５導体部２２の長さは第３導体部１８の長さとほぼ同じである。第５導体部２２の後端２２ａからは略直角に折れ曲がって第２導体部１６の後端１６ａから離れる方向に第６導体部２４が延びている。この第６導体部２４の後端２４ａからは第５導体部２２に並行に第７導体部２６が延びており、この第７導体部２６の長さは第５導体部２２の長さとほぼ同じである。第７導体部２６の後端２６ａからは略直角に折れ曲がって、第４導体部２０の後端２０ａに近付く方向に第８導体部２８が延びており、この第８導体部２８の長さは、第４導体部２０の長さとほぼ同じである。
【００１６】
第８導体部２８の後端２８ａからは、第５導体部２２に近接してこの第５導体部２２に並行に第９導体部３０が延びており、この第９導体部３０の長さは第５導体部２２とほぼ同じである。第９導体部３０の後端３０ａから略直交して第１導体部１２の後端１２ａに近付く方向に第１０導体部３２が延びている。この第１０導体部３２の後端３２ａからは第１導体部１２に並行に第１１導体部３４が延びている。第１１導体部３４はリード３６を介して高周波電源（図示せず）に接続されている。
【００１７】
上述した誘導加熱コイル１０を使って被加熱物４０の平面部分４２を誘導加熱する際には、第５導体部２２と第９導体部３０を平面部分４２に対向させる。この状態で誘導加熱コイル１０に高周波電力を投入すると、第５導体部２２と第９導体部３０には同時に同じ方向に電流が流れて交番磁束が発生する。この交番磁束によって平面部分４２には渦電流が誘導されて平面部分４２が加熱されることとなる。
【００１８】
ところで、従来のように平面部分４２の幅とほぼ同じ幅の導体部を有する誘導加熱コイルを用いた場合は、上述したように、導体部の幅方向両端部における電流密度が幅方向中央部における電流密度よりも低くなって、平面部分４２の幅方向両端部が十分に加熱されないことがある。しかし、誘導加熱コイル１０では、図１に示すように第５導体部２２及び第９導体部３０それぞれの幅は、平面部分４２の面積（幅）よりも狭い。従って、第５導体部２２及び第９導体部３０では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部でも電流密度は均一となる。また、第５導体部２２及び第９導体部３０では、同時に同一方向に電流が流れるので、これらの電流によって発生した交番磁束が互いに打ち消し合うことはない。この結果、平面部分４２を均一に加熱できる。
【００１９】
上記した実施形態では、平面部分４２を加熱するための導体部が２本（第５導体部２２及び第９導体部３０）の例を示したが、平面部分４２の面積がさらに広い場合は、平面部分４２を加熱するための導体部を３本以上にすることが好ましい。ただし、各導体部には同時に同一方向に電流が流れるようにする必要がある。
【００２０】
図３、図４を参照して、上述した誘導加熱コイル１０を用いて被加熱物の平面部分を高周波焼入れした実験例を説明する。
【００２１】
図３は、実験に用いた被加熱物の平面部分の硬化層深さを示す模式図であり、図４は、硬化層深さを示すグラフである。図４におけるａ、ｂ、ｃは、図３に示す矢印ａ、ｂ、ｃ方向から測定した硬さ分布を表わす。
【００２２】
この実験で用いた被加熱物４０の材質は、ＦＣＤ６００（ＪＩＳ規格）であり、平面部分４２の幅Ｗは２０ｍｍである。また、第５導体部２２と第９導体部３０の幅ｗは８ｍｍとした。
【００２３】
平面部分４２を誘導加熱するに当っては、誘導加熱コイル１０を用いて４０ｋＷ、８０ｋＨｚで９秒間ほど加熱した。このようにして加熱した後に、平面部分４２に冷却液を７秒間噴出して急冷した。この結果、図４に示すように、平面部分４２の幅方向中央部でも幅方向両端部でも一様な深さの硬化層が得られた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の第１の誘導加熱コイルによれば、被加熱物の平面部分を誘導加熱するに当り、それぞれに同一方向の電流が流れる並行な複数の導体部を平面部分に向き合わせる。このため、各導体部の幅は平面部分の幅よりも狭くて済む。従って、各導体部では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部でも電流密度が均一になる。また、各導体部では同時に同一方向に電流が流れるので、これらの電流によって発生した交番磁束が互いに打ち消し合うことはない。この結果、平面部分を均一に加熱できる。
【００２５】
ここで、複数の導体部が、近接して同一方向に延びる２つの導体部からなるものである場合は、誘導加熱コイルを比較的容易に作製できる。
【００２６】
また、本発明の第２の誘導加熱コイルによれば、第５導体部及び第９導体部それぞれの幅を、平面部分の幅よりも狭くできる。従って、第５導体部及び第９導体部では、それらの幅方向両端部でも幅方向中央部でも電流密度が均一となる。また、第５導体部及び第９導体部では同時に同一方向に電流が流れるので、これらの電流によって発生した交番磁束が互いに打ち消し合うことはない。この結果、平面部分を均一に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の誘導加熱コイルを示す正面図である。
【図２】図１の誘導加熱コイルの側面図である。
【図３】実験に用いた被加熱物の平面部分の硬化層深さを示す模式図である。
【図４】硬化層深さを示すグラフである。
【符号の説明】
１０  誘導加熱コイル
１２  第１導体部
１４，３６  リード
１６  第２導体部
１８  第３導体部
２０  第４導体部
２２  第５導体部
２４  第６導体部
２６  第７導体部
２８  第８導体部
３０  第９導体部
３２  第１０導体部
３４  第１１導体部
４０  被加熱物
４２  平面部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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