JP2009218176A - コイルヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のパーツを接合して成形された高周波誘導加熱装置用のコイルヘッドにおいて、パーツ同士の接合部における亀裂の発生を防止することができる技術を提供する。
【解決手段】 コイルヘッド１００は、コイル部６と、第１リード部２と、第２リード部４を備えている。第１リード部２は、コイル部６の一方の端６ａから径方向外側に向かって伸びている。第２リード部４は、コイル部６の他方の端６ｂから径方向外側に向かって伸びている。コイル部６と第１リード部２と第２リード部４は、導電性材料で形成された複数のパーツを接合して成形されている。各パーツは一体成形されており、各パーツに接合部は存在しない。コイルヘッド１００では、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４まで伸びているメインパーツ８が存在しているため、パーツ同士の接合部に加わる負荷が低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波誘導加熱装置用のコイルヘッドに関する。

高周波誘導加熱装置は、金属部品などの被加熱対象にコイルヘッドを近接配置し、そのコイルヘッドに高周波電流を通電することによって、被加熱対象を電磁誘導加熱するものである。高周波誘導加熱装置は、例えば、リヤシャフトの表面などを焼き入れするために行われる。
高周波誘導加熱装置のコイルヘッドは、コイル部と、コイル部の一方の端から外側に向けて伸びている第１リード部と、コイル部の他方の端から外側に向けて伸びている第２リード部を備えている。コイルヘッドの第１リード部と第２リード部は、高周波誘導加熱装置に接続される。コイルヘッドのコイル部は、第１リード部と第２リード部によってその重量が支持される。コイルヘッドは、複数の被加熱対象に対して繰返し利用される。

特許文献１に、高周波誘導加熱装置用のコイルヘッドが記載されている。図５に、そのコイルヘッド２００の正面図を示す。
図５に示すように、コイルヘッド２００は、コイル部１０６と、第１リード部１０２と、第２リード部１０４を備えている。コイル部１０６は、第１コイル部１０６ｃと第２コイル部１０６ｄと第３コイル部１０６ｅと第４コイル部１０６ｆを備えている。第２コイル部１０６ｄは、らせん状に形成されている。第１リード部１０２は、第１コイル部１０６ｃの端１０６ａから径方向外側に向かって伸びている。第２リード部１０４は、第４コイル部１０６ｆの端１０６ｂから径方向外側に向かって伸びている。
この種のコイルヘッド２００では、通常、コイル部１０６、第１リード部１０２、及び第２リード部１０４のそれぞれが別体のパーツで形成され、それらのパーツを互いに接合することによって成形されている。パーツ同士の接合は、例えばロウ付けによって行われる。
特開２００７−１６２１０４号公報

コイルヘッドは、繰返し利用された結果、亀裂等の発生によって寿命に至る。このように寿命に至った複数のコイルヘッドについて本発明者らが調べた結果、亀裂の発生箇所がパーツ同士を接合した接合部に集中していることが判明した。そのことから、パーツ同士の接合部における亀裂の発生を防止することできれば、コイルヘッドの寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
パーツ同士の接合部における亀裂の発生を防止するためには、コイルヘッド全体を単一の部品で一体成形することが考えられる。しかしながら、複雑な構造のコイルヘッドを一体成形することは非常に困難であり、仮に一体成形することができたとしても、その製造コストが非常に高価なものとなってしまう。
上記の問題を鑑み、本発明は、複数のパーツを接合して成形されたコイルヘッドにおいて、パーツ同士の接合部における亀裂の発生を防止することができる技術を提供する。

本発明によって具現化されるコイルヘッドは、コイル部と、コイル部の一方の端から外側に向かって伸びている第１リード部と、コイル部の他方の端から外側に向かって伸びている第２リード部を備えている。コイル部と第１リード部と第２リード部は、導電性材料で形成された複数のパーツを接合して形成されている。そして、複数のパーツのうちの少なくとも一つのパーツは、第１リード部からコイル部を通って第２リード部まで伸びているメインパーツであることを特徴とする。なお、各パーツは導電性材料で一体成形されたものであり、各パーツにロウ付け等による接合部は存在せず、パーツ全体に亘って均質に形成されている。

従来のコイルヘッドでは、第１リード部からコイル部を通って第２リード部に到る経路に沿って、複数のパーツが順に接合されている。この構造であると、パーツ同士の接合部に大きな負荷が作用しやすく、パーツ同士の接合部において亀裂が発生しやすくなる。
また、従来のコイルヘッドでは、第１リード部からコイル部を通って第２リード部に到る高周波電流の流路が、パーツ同士の接合部によって分断されている。この構造であると、コイルヘッドに通電した高周波電流は、パーツ同士の接合部を必ず通過することになる。パーツ同士の接合部は、他の部位と比較して比較的に電気抵抗が高く、通電によって発熱しやすい。そのことから、パーツ同士の接合部は、熱履歴による強度低下を起こしやすく、繰り返しの使用によって亀裂が発生しやすくなる。
上記の問題に対し、本発明のコイルヘッドでは、第１リード部からコイル部を通って第２リード部まで伸びているメインパーツが存在している。そのことから、パーツ同士の接合部に加わる負荷が低減されるとともに、パーツ同士の接合部における通電時の発熱も防止される。
本発明のコイルヘッドによると、パーツ同士の接合部における亀裂の発生が有意に防止される。

本発明のコイルヘッドでは、コイル部と第１リード部と第２リード部の内部に、第１リード部からコイル部を通って第２リード部まで伸びる冷媒用流路が形成されていることが好ましい。
この構造によると、冷媒用流路に冷却水等の冷媒を循環させることによって、コイルヘッドの過熱を防止することができる。本発明のコイルヘッドは亀裂が発生しにくい構造となっているので、その内部に形成した冷媒用流路から冷媒が漏れ出すことも有意に防止される。

上記したメインパーツには、冷媒用流路を形成するための溝が、コイル部の外周側に開口して形成されていることが好ましい。この場合、メインパーツに形成された溝の開口部には、その溝を塞ぐカバーパーツが接合されていることが好ましい。
この構造によると、冷媒用流路を有するコイル部と第１リード部と第２リード部の大部分をメインパーツによって構成できる。また、メインパーツに形成する溝をコイル部の外周側に開口させることによって、メインパーツの製造を比較的に容易に行うことができる。

本発明のコイルヘッドのコイル部では、コイル軸に垂直な平面上で円弧に沿って伸びる複数の円弧部が、少なくとも一つの接続部によって一連に接続されてメインパーツが形成されていることが好ましい。円弧部の数は限定されない。円弧部と円弧部の間は接続部によって接続されており、円弧部と接続部が一体成形されている。円弧部や接続部に冷媒用流路を形成するための溝が形成されていてもよい。

上記のコイルヘッドによると、コイル部で、複数の円弧部がコイル軸に垂直な平面上に形成されているため、被加熱対象の加熱効率を向上することができる。

本発明によると、パーツ同士の接合部において亀裂が発生しにくく、寿命の長いコイルヘッドを提供することが可能となる。

下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴） コイルヘッドを構成する各パーツは、無酸素銅によって形成されている。

（第１実施例）
図１、図２に、本発明の第１実施例である高周波誘導加熱装置用のコイルヘッド１００を示す。図１は、コイルヘッド１００の上視図を示す。図２は、図１におけるII−II断面の断面図を示す。
図１、図２に示すように、コイルヘッド１００は、コイル部６と、第１リード部２と、第２リード部４を備えている。
コイル部６は、第１リングコイル部１６と第２リングコイル部２６と接続部３６を備えている。第１リングコイル部１６と第２リングコイル部２６は、コイル軸Ａに沿って２段に配置されている。第１リングコイル部１６は、コイル軸Ａに垂直な平面上で、一方の端１６ａから他方の端１６ｂまで、コイル軸Ａを中心とする円弧状に伸びている。第２リングコイル部２６は、コイル軸Ａに垂直な平面上（但し、第１リングコイル部１６とは異なる平面上）で、一方の端２６ａから他方の端２６ｂまで、コイル軸Ａを中心とする円弧状に伸びている。接続部６ｃは、第１リングコイル部１６の他方の端１６ｂと第２リングコイル部２６の一方の端２６ａを接続している。接続部３６は、コイル軸Ａと平行に伸びている。以上の構成により、コイル部６では、第１リングコイル部１６と第２リングコイル部２６が、接続部３６によって一連に接続されている。それにより、コイル部６では、第１リングコイル部１６の一方の端１６ａから第２リングコイル部２６の他方の端２６ｂに亘って、二重巻のコイル形状が形成されている。

第１リード部２は、第１リングコイル部１６の一方の端１６ａから径方向外側に向かって伸びている。第２リード部４は、第２リングコイル部２６の他方の端２６ｂから径方向外側に向かって伸びている。ここで、上段に位置する第１リングコイル部１６の一方の端１６ａは、コイル部６全体としての一方の端に相当する。下段に位置する第２リングコイル部２６の他方の端２６ｂは、コイル部６全体としての他方の端に相当する。なお、図２において、第２リード部４は、第１リード部２の紙面手前側に位置している。
第１リード部２と第２リード部４は、高周波誘導加熱装置への接続部であり、高周波誘導加熱装置から高周波電流から通電される。また、第１リード部２と第２リード部４は、コイル部６を支持する支持部でもあり、第１リード部２と第２リード部４にはコイル部６の重量が負荷される。

図２に示すように、コイル部６と第１リード部２と第２リード部４の内部には、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４まで伸びる冷媒用流路１０が形成されている。冷媒用流路１０には、外部から供給される冷却水が循環する。それにより、高周波電流の通電によるコイルヘッド１００の過熱が防止される。

コイル部６と第１リード部２と第２リード部４は、導電性材料で形成した複数のパーツを接合することによって成形されている。図３に、コイル部６と第１リード部２と第２リード部４を構成する各パーツを示す。図３に示すように、コイル部６と第１リード部２と第２リード部４は、主に、メインパーツ８と複数のサイドカバーパーツ１４とアッパーカバーパーツ３によって構成されている。メインパーツ８とサイドカバーパーツ１４とアッパーカバーパーツ３の各パーツは、それぞれ導電性材料で一体形成されたものである。これらの各パーツにロウ材等による接合部は存在せず、パーツ全体に亘って均質に形成されている。各パーツを形成する材料は特に限定されないが、本実施例では各パーツを無酸素銅によって形成している。

メインパーツ８は、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４まで伸びている。メインパーツ８には、冷媒用流路１０を形成するための溝８ａが形成されている。溝８ａは、コイル部６の外周側に向けて開口している。溝８ａは、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４まで伸びている。即ち、メインパーツ８は、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４まで、略コの字状の断面形状を有している。
メインパーツ８は、例えば、金属の塊から削り出すことによって形成することができる。メインパーツ８と同一形状の型を作り、鋳造することによってメインパーツ８を一体成形してもよい。
サイドカバーパーツ１４は、板状の部材である。図２に示すように、サイドカバーパーツ１４は、メインパーツ８に形成された溝８ａの開口部にロウ１２によってロウ付けされている。
アッパーカバーパーツ３は、円板状の部材である。図２に示すように、アッパーカバーパーツ３は、メインパーツ８の上面に形成された孔８ｂにロウ１２によってロウ付けされている。メインパーツ８の上面に形成された孔８ｂは、接続部３６の内部に孔を形成するために設けられたものである。

以上のように、本実施例のコイルヘッド１００は、その大部分が単一のメインパーツ８によって構成されている。そして、メインパーツ８は、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４まで伸びている。この構造によると、コイル部６等の重量がメインパーツ８によって支えられ、ロウ１２による接合部に負荷される荷重が低減される。
また、第１リード部２からコイル部６を通って第２リード部４に到る電流経路がロウ１２による接合部によって分断されていないため、通電される高周波電流の多くは、ロウ１２による接合部を通過することがない。そのことから、ロウ１２における発熱が防止され、ロウ１２やその周辺の熱履歴による強度低下が防止される。
さらに、コイルヘッド１００に形成されたロウ１２による接合部は、冷媒用流路１０に沿って形成されている。冷媒用流路１０を流れる冷却水の流れに対し、ロウ１２による接合部が平行に伸びているので、冷却水の流れがロウ１２による接合部によって乱されることがない。そのことから、コイルヘッド１００の全体が略均一に冷却され、コイルヘッド１００が局所的に過熱してしまうことが防止される。その結果、熱分布の不均一による熱応力も抑制され、コイルヘッド１００の全体の耐久性を高めることもできる。

本実施例のコイルヘッド１００では、メインパーツ８の材料に無酸素銅を用いるのが好ましい。図４に、銅とロウ材との高温状態における硬さを比較したグラフを示す。図中のグラフＢは、黄銅ロウ材を示す。図中のグラフＣは、銀ロウ材を示す。図中のグラフＤは、無酸素銅を示す。図４に示すように、無酸素銅は、黄銅ロウ材や銀ロウ材といったロウ材に比べて、温度上昇に伴う硬度低下が小さい。そのことから、メインパーツ８が無酸素銅で形成されていると、高周波誘導加熱時にコイルヘッド１００が加熱した場合でも、メインパーツ８の硬度低下が防止される。従って、コイルヘッド１００が高温に加熱された場合でも、コイル部６等の重量がメインパーツ８によって支えられることから、ロウ１２による接合部に過大な荷重が負荷されることが防止される。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本発明の第１実施例であるコイルヘッド１００の上視図を示す。 コイルヘッド１００の断面図を示す。 一体成形後のメインパーツの断面図を示す。 銅とロウ材との高温状態における硬さを比較したグラフを示す。 従来のコイルヘッド２００の正面図を示す。

符号の説明

２、１０２：第１リード部
３：アッパーカバーパーツ
４、１０４：第２リード部
６、１０６：コイル部
８：メインパーツ
８ａ：メインパーツに形成された溝
８ｂ：メインパーツに形成された孔
１０：冷媒用通路
１２：ロウ
１４：サイドカバーパーツ
１６：第１リングコイル部
１６ａ：第１リングコイル部の一方の端
１６ｂ：第１リングコイル部の他方の端
２６：第２リングコイル部
２６ａ：第２リングコイル部の一方の端
２６ｂ：第２リングコイル部の他方の端
３６：接続部
１００、２００：コイルヘッド
１０６ａ：第１コイル部の端
１０６ｂ：第４コイル部の端
１０６ｃ：第１コイル部
１０６ｄ：第２コイル部
１０６ｅ：第３コイル部
１０６ｆ：第４コイル部

Claims (4)

1. 高周波誘導加熱装置用のコイルヘッドであり、
   コイル部と、
   そのコイル部の一方の端から外側に向かって伸びている第１リード部と、
   前記コイル部の他方の端から外側に向かって伸びている第２リード部を備えており、
   前記コイル部と前記第１リード部と前記第２リード部は、導電性材料で形成された複数のパーツを接合して形成されているとともに、少なくとも一つのパーツは、前記第１リード部から前記コイル部を通って前記第２リード部まで伸びているメインパーツであることを特徴とするコイルヘッド。
2. 前記コイル部と前記第１リード部と前記第２リード部の内部に、前記第１リード部から前記コイル部を通って前記第２リード部まで伸びる冷媒用流路が形成されていることを特徴とする請求項１のコイルヘッド。
3. 前記メインパーツには、前記冷媒用流路を形成するための溝が、前記コイル部の外周側に開口して形成されており、
   前記メインパーツに形成された溝の開口部には、その溝を塞ぐカバーパーツが接合されていることを特徴とする請求項２のコイルヘッド。
4. 前記コイル部では、そのコイル軸に垂直な平面上で円弧に沿って伸びる複数の円弧部が、少なくとも一つの接続部によって一連に接続されて前記メインパーツが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項のコイルヘッド。

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