JP2019175759A - 誘導加熱装置および誘導加熱による着脱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ部を含む被加熱物を容易かつ確実に着脱可能な誘導加熱装置、および誘導加熱による着脱方法を提供する。【解決手段】筒状部、および、筒状部よりも外径が大きいフランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して着脱するために用いられる誘導加熱装置であって、筒状部の外周周りに装着される第１加熱コイルと、フランジ部の外周周りに装着される第２加熱コイルと、を備える。【選択図】 図１

Description

本開示は、誘導加熱装置、および誘導加熱による着脱方法に関する。

ポンプに用いられる軸継手や推力つばなどの、軸に装着される部材（軸装着部材）は、焼嵌めや焼外しにより、回転軸などの軸部材に着脱される。従来、軸装着部材の焼嵌めや焼外しは、バーナの燃焼により加熱するバーナ加熱により行われてきた。

特開平３−５５７９０号公報

しかし、バーナ加熱による焼嵌めや焼外しは、加熱要領、加熱時間および引抜きのタイミングなどにおいて、作業者の技量や経験に依存するものであった。バーナ加熱による軸装着部材の加熱が適切でないと以下の問題を生じる。すなわち、バーナ加熱による軸装着部材の加熱が十分でない場合には、嵌合部の隙間が確保できず、焼嵌めや焼外しが困難であるとともに、軸装着部材を引抜く際に軸装着部材や軸部材が噛り付く、いわゆる焼き付きが生じる虞がある。また、焼外し作業の際にバーナ加熱による軸装着部材の加熱が過剰である場合には、軸装着部材の焼嵌め部分が熱膨張する前に、軸部材に伝熱して軸部材が熱膨張する虞がある。この場合も嵌合部の隙間が確保できず、焼外しが困難となる。

ところで、高周波誘導加熱により配管の焼入れや焼なましなどの熱処理を行うことが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、導線が螺旋状に巻かれたコイルに、高周波電流を通電させることで配管の熱処理を行うことが開示されている。なお、特許文献１には、焼嵌めや焼外しの手法については開示されていない。

ここで、高周波誘導加熱とは、高周波電流を用いた電磁誘導により被加熱物を非接触で自己発熱させる方法である。高周波誘導加熱による加熱原理を以下に説明する。被加熱物の周囲に配置された加熱コイルに高周波電流（交流電流）を流すと、加熱コイルの周囲に交番磁界が発生する。該交番磁界下において導電体である被加熱物の内部で、該交番磁界を打ち消す原理、すなわち、電磁誘導により被加熱物の表面付近に高密度のうず電流が発生する。うず電流のジュール熱により被加熱物の表面が発熱する。

高周波誘導加熱により軸装着部材の焼嵌めや焼外しをする際には、誘導加熱装置として図８に示す構成が考えられる。図８は、比較例にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。図８に示す誘導加熱装置０１は、被加熱物である軸装着部材０２の焼外しをする際の構成である。軸装着部材０２は、筒状部０２１と筒状部０２１よりも外径が大きいフランジ部０２２とを含む。軸装着部材０２に形成された貫通孔０２３には、軸部材０３が挿通されている。そして、軸装着部材０２は、筒状部０２１の外周周りに装着された加熱コイル０４に高周波電流が流されて、高周波誘導加熱により加熱される。

かかる誘導加熱装置０１の場合、雰囲気温度に関わらず加熱コイル０４により軸装着部材０２（被加熱物）に対して一定の熱量を被加熱物表面近傍にのみ与えることができるので、バーナ加熱に比べて、急速加熱が可能である。急速加熱が可能であるので、誘導加熱装置０１は、バーナ加熱に比べて、軸部材０３の伝熱による温度上昇が抑制され、軸装着部材０２と軸部材０３との間の温度差を大きくできる。

焼外しを行うためには嵌合する部材（軸装着部材０２，軸部材０３）間の熱膨張差（温度差）を所定以上にする必要がある。しかし、加熱コイル０４から加えられる熱量は、加熱コイル０４と軸装着部材０２との位置関係に依存するので、軸装着部材０２の軸部材０３に嵌合する部分に温度分布が発生し、軸装着部材０２の引抜きが困難になる虞がある。図８に示す軸装着部材０２においては、フランジ部０２２の内周側部分０２５、特に筒状部０２１から離れた内周縁部Ｐ１の温度上昇が、筒状部０２１の内周側部分０２４の温度上昇よりも遅れるので、軸装着部材０２の引抜きが困難になる虞がある。また、図８に示す構成は焼外しに関するものであるが、高周波誘導加熱による軸装着部材の焼嵌めについても同様の問題が生じる虞がある。

上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、フランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して容易かつ確実に着脱可能な誘導加熱装置、および誘導加熱による着脱方法を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかる誘導加熱装置は、
筒状部、および、前記筒状部よりも外径が大きいフランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して着脱するために用いられる誘導加熱装置であって、
前記筒状部の外周周りに装着される第１加熱コイルと、
前記フランジ部の外周周りに装着される第２加熱コイルと、を備える。

上記（１）の構成によれば、誘導加熱装置は、被加熱物の筒状部の外周周りに装着される第１加熱コイルにより主に筒状部を、被加熱物のフランジ部の外周周りに装着される第２加熱コイルにより主にフランジ部を加熱することができる。このため、第１加熱コイルおよび第２加熱コイルにより被加熱物を加熱することで、軸部材に伝達される熱量が少ないうちに、筒状部の内周部分およびフランジ部の内周部分の温度を上昇させることができる。よって、上記の構成を備える誘導加熱装置によれば、被加熱物の軸部材に対する熱膨張量の差を大きくできるので、フランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して容易かつ確実に着脱可能である。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第１加熱コイルおよび前記第２加熱コイルに高周波電流を印加する高周波電源装置と、
前記第１加熱コイルおよび前記第２加熱コイルへの前記高周波電源装置からの前記高周波電流の通電を制御する制御装置と、をさらに備える。

上記（２）の構成によれば、制御装置は、第１加熱コイルおよび第２加熱コイルへの高周波電源装置からの高周波電流の通電を制御することで、第１加熱コイルや第２加熱コイルの被加熱物に対する加熱を制御することができる。第１加熱コイルや第２加熱コイルの被加熱物に対する加熱を制御することで、軸部材に伝達される熱量が少ないうちに、フランジ部の内周部分および筒状部の内周部分の温度を上昇させることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記高周波電源装置と、前記第１加熱コイルおよび前記第２加熱コイルのうちの何れかと、を択一的に通電可能な切換装置をさらに備える。

上記（３）の構成によれば、切換装置により高周波電源装置と、第１加熱コイルおよび第２加熱コイルのうちの何れかと、を択一的に通電可能であるので、一台の高周波電源装置により第１加熱コイルと第２加熱コイルの両方を加熱することができる。高周波電源装置を一台にできるので、誘導加熱装置の導入コストを抑制でき、且つ、誘導加熱装置の大型化を防止することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記高周波電源装置は、
前記第１加熱コイルに前記高周波電流を印加する第１高周波電源装置と、
前記第２加熱コイルに前記高周波電流を印加する第２高周波電源装置と、を含む。

上記（４）の構成によれば、加熱コイル毎に対応する高周波電源装置が設けられている。このため、上述した一台の高周波電源装置で複数の加熱コイルを加熱する場合とは異なり、複数の加熱コイルの加熱を同時的に行うことができる。複数の加熱コイルによる加熱を同時的に行うことで、一台の高周波電源装置で複数の加熱コイルを加熱する場合に比べて、筒状部の内周部分およびフランジ部の内周部分の温度を短時間で上昇をさせることができる。被加熱物の内周部分の温度を短時間で上昇をさせることで、被加熱物から軸部材に伝達される熱量を少なくでき、ひいては被加熱物の軸部材に対する熱膨張量の差を大きくすることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記第２加熱コイルは、前記フランジ部の外周周りに装着される部分が前記第１加熱コイルよりも巻き数が多い。

筒状部よりも外径が大きいフランジ部は、筒状部よりも内周部分の温度を上昇させるのに時間がかかる。上記（５）の構成によれば、第２加熱コイルのフランジ部の外周周りに装着される部分の巻き数が、第１加熱コイルの筒状部の外周周りに装着される部分の巻き数よりも多い。このため、第２加熱コイルは、第１加熱コイルよりも多くの熱量を被加熱物に対して加えることにより、フランジ部の内周部分の温度を短時間で上昇させることができる。このような誘導加熱装置によれば、フランジ部の内周部分の温度を短時間で上昇をさせることで、被加熱物の筒状部やフランジ部から軸部材に伝達される熱量を少なくでき、ひいては被加熱物の軸部材に対する熱膨張量の差を大きくすることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記被加熱物は、ポンプの軸継手または推力つばの何れか一方である。
上記（６）の構成によれば、ポンプの軸継手または推力つばを軸部材に対して容易かつ確実に着脱可能である。

（７）本発明の少なくとも一実施形態にかかる誘導加熱による着脱方法は、
筒状部、および、前記筒状部よりも外径が大きいフランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して着脱する方法であって、
前記筒状部の外周周りに第１加熱コイルを装着するステップと、
前記フランジ部の外周周りに第２加熱コイルを装着するステップと、
前記第２加熱コイルに高周波電流を印加して前記被加熱物を加熱する第１加熱ステップと、
前記第１加熱コイルに高周波電流を印加して前記被加熱物を加熱する第２加熱ステップと、
前記第１加熱ステップおよび前記第２加熱ステップによって加熱された前記被加熱物を前記軸部材に対して着脱する着脱ステップと、を備える。

上記（７）の方法によれば、第１加熱ステップで、被加熱物のフランジ部の外周周りに装着される第２加熱コイルにより主にフランジ部を加熱することができる。また、第２加熱ステップで、被加熱物の筒状部の外周周りに装着される第１加熱コイルにより主に筒状部を加熱することができる。このため、第２加熱コイルおよび第１加熱コイルにより被加熱物を加熱することで、軸部材に伝達される熱量が少ないうちに、フランジ部の内周部分および筒状部の内周部分の温度を上昇させることができる。第１加熱ステップおよび第２加熱ステップにおいて、被加熱物の軸部材に対する熱膨張量の差を大きくできるので、着脱ステップでは、フランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して容易かつ確実に着脱可能である。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、
前記第１加熱ステップを前記第２加熱ステップよりも先に開始する。
上記（８）の方法によれば、筒状部よりも外径が大きいフランジ部は、外周部分から内周部分への熱伝達に時間がかかるのに対して、第１加熱ステップを第２加熱ステップよりも先に開始することで、フランジ部の内周部分と筒状部の内周部分に熱が伝達されるタイミングをあわせることができる。よって、上記の方法によれば、熱が伝達されるタイミングをあわせることで、被加熱物から軸部材に伝達される熱量が少ないうちに、フランジ部の内周部分および筒状部の内周部分の温度を上昇させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、フランジ部を含む被加熱物を容易かつ確実に着脱可能な誘導加熱装置、および誘導加熱による着脱方法を提供することにある。

一実施形態にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。 図１に示した第１加熱コイルおよび第２加熱コイルを説明するための概略的な断面図である。 図２に示した被加熱物について説明するための図であって、被加熱物が装着されたポンプの概略的な断面図である。 一実施形態にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。 一実施形態にかかる誘導加熱による着脱方法のフロー図である。 実施例にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。 実施例にかかる誘導加熱装置により被加熱物を加熱した際の、被加熱物の温度推移を示したグラフである。 比較例にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」および「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。図２は、図１に示した第１加熱コイルおよび第２加熱コイルを説明するための概略的な断面図である。図３は、図２に示した被加熱物について説明するための図であって、被加熱物が装着されたポンプの概略的な断面図である。図４は、一実施形態にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。ここで、図１〜４においては、焼外しをする際の構成を示しており、被加熱物２が軸部材３に対して装着されている。なお、図２、８、および後述する図６においては、説明の便宜上、被加熱物２の筒状部２１とフランジ部２２とを二点鎖線で区切って示しているが、筒状部２１とフランジ部２２とは一体的に形成されている。

図１〜４に示される幾つかの実施形態にかかる誘導加熱装置１（１Ａ，１Ｂ）は、図１、４に示されるように、被加熱物２を、軸部材３に対して着脱するために用いられる装置である。該誘導加熱装置１は、図１、４に示されるように、第１加熱コイル４と、第２加熱コイル５と、高周波電源装置６と、制御装置７と、を備えている。

被加熱物２は、導電体であり、より詳細には磁性金属材料からなる。被加熱物２は、図１、２、４に示されるように、筒状部２１、および筒状部２１よりも外径が大きいフランジ部２２を含む。より詳細には、被加熱物２は、図２に示されるように、被加熱物２の軸線Ａ（図２参照）が延在する方向である軸線方向において、直径が段状に変化する段付き円筒状に形成されている。被加熱物２の筒状部２１は、図２に示されるように、軸線方向に沿って延在する筒状に形成されている。被加熱物２のフランジ部２２は、図２に示されるように、軸線方向に直交する方向に沿って延在するとともに、筒状部２１よりも外径が大きい環状に形成されている。筒状部２１とフランジ部２２とは一定的に形成されている。また、被加熱物２には、軸線方向に沿って貫通する貫通孔２３が内周側に形成されている。

第１加熱コイル４は、図１、２、４に示されるように、筒状部２１の外周周りに装着される。より詳細には、第１加熱コイル４は、外周部が絶縁体により絶縁被覆された長尺状の導線であり、筒状部２１の外周周りに、すなわち筒状部２１に対して径方向外側の位置に、軸線方向に沿って螺旋状に巻き回されて筒状部２１に装着される装着部４１を有している。

第２加熱コイル５は、図１、２、４に示されるように、フランジ部２２の外周周りに装着される。より詳細には、第２加熱コイル５は、外周部が絶縁体により絶縁被覆された長尺状の導線であり、フランジ部２２の外周周りに、すなわちフランジ部２２から径方向外側の位置に、軸線方向に沿って螺旋状に巻き回されてフランジ部２２に装着される装着部５１を有している。

高周波電源装置６は、図１、４に示されるように、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５に高周波電流ＲＦを印加する装置である。図１、４に示される実施形態では、高周波電源装置６は、高周波電流ＲＦを発生させる高周波発振器６Ａと、高周波電流ＲＦを好適な大きさに変流するための高周波変流器９と、を含む。

図１、４に示される実施形態では、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５の各々は、両端が高周波発振器６Ａに接続されている。このため、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５は、高周波発振器６Ａから高周波電流ＲＦが印加されるように構成されている。第１加熱コイル４および第２加熱コイル５と、高周波発振器６Ａと、の間には、高周波変流器９が接続されている。また、図１に示される実施形態では、上述した誘導加熱装置１は、高周波電源装置６と、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５のうちの何れかと、を択一的に通電可能な切換装置８をさらに備えている。該切換装置８は、高周波電源装置６と第１加熱コイル４との間、および高周波電源装置６と第２加熱コイル５との間に設けられている。

制御装置７は、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５への高周波電源装置６からの高周波電流ＲＦの通電を制御する装置である。より詳細には、制御装置７は、高周波電源装置６に対して指示信号を送信することで、高周波電源装置６から第１加熱コイル４や第２加熱コイル５への高周波電流ＲＦの通電量（出力）や周波数、通電のタイミングなどを制御する。また、図１に示される実施形態では、制御装置７は、切換装置８に対して指示信号を送信することで、高周波電源装置６からの高周波電流ＲＦの通電先を、第１加熱コイル４と第２加熱コイル５の何れにするかを制御する。

制御装置７は、例えば図１に示されるように、高周波電源装置６や切換装置８に電気的に接続されている。「電気的に接続されている」とは、有線による物理的な接続だけでなく、無線による通信を含んでおり、接続された装置間における信号などの送受信が可能に構成されていることをいう。

制御装置７は、図１、４に示されるように、入出力装置７１（入出力インターフェース、通信装置）、記憶装置７２（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、表示装置７３（ディスプレイ）、演算装置７４を含むマイクロコンピュータから構成されているが、一般的な構成および制御については適宜割愛することとする。制御装置７の入出力装置７１、記憶装置７２、表示装置７３および演算装置７４のそれぞれは、不図示のバスにより互いに電気的に接続されている。

制御装置７の入出力装置７１は、誘導加熱装置１において用いられる各構成要素（高周波電源装置６など）からの各種情報が入力され、且つ、演算結果などに基づく各種情報を上述した各構成要素に出力する。また、入出力装置７１は、キーボードやマウス、無線通信装置などを含んでいる。記憶装置７２は、入力された各種情報や制御実施のために必要な各種プログラムや演算結果などを記憶可能に構成されている。演算装置７４は、上述した各種情報に基づいて演算処理を行う。表示装置７３は、入力された各種情報や上述した演算装置７４による演算結果などの情報を表示する。

被加熱物２は、焼嵌めや焼外しにより軸部材３に着脱される。つまり、被加熱物２は、焼嵌めにより軸部材３に装着される。また、被加熱物２は、焼外しにより軸部材３から取外される。より詳細には、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５により加熱して、被加熱物２の貫通孔２３を軸部材３に対して緩く挿通可能とすることで、被加熱物２を軸部材３に対して装着したり、取外したりすることができる。また、被加熱物２を軸部材３に対して装着した状態で被加熱物２が冷えると、被加熱物２の貫通孔２３が収縮するので、被加熱物２は軸部材３に対して固く嵌合される。

上述したように、高周波誘導加熱とは、高周波電流を用いた電磁誘導により被加熱物を非接触で自己発熱させる方法である。被加熱物２の外周周りに配置された第１加熱コイル４や第２加熱コイル５に対して、高周波電源装置６により高周波電流ＲＦを流すと、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５の周囲に不図示の交番磁界が発生する。該交番磁界下において導電体である被加熱物２の内部で電位差が生じ、電磁誘導により被加熱物２の表面付近に高密度のうず電流（不図示）が発生する。うず電流のジュール熱により被加熱物２の表面が発熱する。

以下、説明の便宜上、被加熱物２には、図２中二点鎖線で示されるような、軸線方向における筒状部２１とフランジ部２２との間を区切る仮想面２８であって、軸線方向に対して直交する方向に延在する環状の仮想面２８が形成されているとする。筒状部２１とフランジ部２２は、仮想面２８を介して軸線方向における一端同士が互いに接続されている。

被加熱物２は、筒状部２１の外周周りに装着された第１加熱コイル４に高周波電流ＲＦを流すことで、筒状部２１の外周面２６１を含む外周側表層である外周部分２６が発熱する。筒状部２１の外周部分２６で生じた熱は、筒状部２１の内周面２４１を含む内周側表層である内周部分２４に伝達される。このため、第１加熱コイル４により筒状部２１の内周部分２４の温度を急速に上昇させることができる。この際、筒状部２１の外周部分２６で生じた熱の一部は、仮想面２８を介してフランジ部２２に伝達される。よって、内周部分２４は、軸線方向におけるフランジ部２２に隣接した側が、フランジ部２２から離れた側よりも温度の上昇速度が遅い傾向がある。

また、被加熱物２は、フランジ部２２の外周周りに装着された第２加熱コイル５に高周波電流ＲＦを流すことで、フランジ部２２の外周面２７１を含む外周側表層である外周部分２７が発熱する。フランジ部２２の外周部分２７で生じた熱は、フランジ部２２の内周面２５１を含む内周側表層である内周部分２５に伝達される。このため、第２加熱コイル５によりフランジ部２２の内周部分２５の温度を急速に上昇させることができる。この際、フランジ部２２の外周部分２７で生じた熱の一部は、仮想面２８を介して筒状部２１に伝達される。よって、内周部分２５は、軸線方向における筒状部２１に隣接した側が、筒状部２１から離れた側よりも温度の上昇速度が遅い傾向がある。

被加熱物２を第１加熱コイル４および第２加熱コイル５の両方で加熱することにより、被加熱物２の内周部分２４や内周部分２５の温度を急速に上昇させることができる。このため、内周部分２４又は内周部分２５から軸部材３に伝達される熱量が少ないうちに、筒状部２１の内周部分２４およびフランジ部２２の内周部分２５の温度を上昇させることができる。また、被加熱物２を第１加熱コイル４および第２加熱コイル５の両方で加熱することにより、第１加熱コイル４または第２加熱コイル５の何れか一方を用いて加熱する場合に比べて、被加熱物２の内周部分２０（内周部分２４，２５）における温度のばらつきを抑制することができる。

幾つかの実施形態にかかる誘導加熱装置１は、上述した第１加熱コイル４と、上述した第２加熱コイル５と、を備えている。

上記の構成によれば、誘導加熱装置１は、被加熱物２の筒状部２１の外周周りに装着される第１加熱コイル４により主に筒状部２１を、被加熱物２のフランジ部２２の外周周りに装着される第２加熱コイル５により主にフランジ部２２を加熱することができる。このため、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５により被加熱物２を加熱することで、軸部材３に伝達される熱量が少ないうちに、筒状部２１の内周部分２４およびフランジ部２２の内周部分２５の温度を上昇させることができる。よって、上記の構成を備える誘導加熱装置１によれば、被加熱物２の軸部材３に対する熱膨張量の差を大きくできるので、フランジ部２２を含む被加熱物２を軸部材３に対して容易かつ確実に着脱可能である。

幾つかの実施形態では、上述した誘導加熱装置１は、上述した高周波電源装置６と、上述した制御装置７と、をさらに備えている。この場合には、制御装置７は、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５への高周波電源装置６からの高周波電流の通電を制御することで、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５の被加熱物２に対する加熱を制御することができる。第１加熱コイル４や第２加熱コイル５の被加熱物２に対する加熱を制御することで、軸部材３に伝達される熱量が少ないうちに、筒状部２１の内周部分２４およびフランジ部２２の内周部分２５の温度を上昇させることができる。

幾つかの実施形態では、上述した誘導加熱装置１は、図１に示されるように、高周波電源装置６と、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５のうちの何れかと、を択一的に通電可能な上述した切換装置８をさらに備えている。

上記の構成によれば、切換装置８により高周波電源装置６と、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５のうちの何れかと、を択一的に通電可能であるので、一台の高周波電源装置６により第１加熱コイル４と第２加熱コイル５の両方を加熱することができる。高周波電源装置６を一台にできるので、誘導加熱装置１の導入コストを抑制でき、且つ、誘導加熱装置１の大型化を防止することができる。

幾つかの実施形態では、上述した高周波電源装置６は、図４に示されるように、第１加熱コイル４に高周波電流を印加する第１高周波電源装置６１と、第２加熱コイル５に高周波電流を印加する第２高周波電源装置６２と、を含む。図示される実施形態では、第１高周波電源装置６１は、第１加熱コイル４の両端に接続される第１高周波発振器６１Ａと、第１高周波発振器６１Ａと第１加熱コイル４の装着部４１との間に設けられる第１高周波変流器９１と、を含む。また、第２高周波電源装置６２は、第２加熱コイル５の両端に接続される第２高周波発振器６２Ａと、第２高周波発振器６２Ａと第２加熱コイル５の装着部５１との間に設けられる第２高周波変流器９２と、を含む。

上記の構成によれば、加熱コイル（第１加熱コイル４，第２加熱コイル５）毎に対応する高周波電源装置６（第１高周波電源装置６１，第２高周波電源装置６２）が設けられている。このため、上述した一台の高周波電源装置６で複数の加熱コイルを加熱する場合とは異なり、複数の加熱コイルの加熱を同時的に行うことができる。複数の加熱コイルによる加熱を同時的に行うことで、一台の高周波電源装置６で複数の加熱コイルを加熱する場合に比べて、筒状部２１の内周部分２４およびフランジ部２２の内周部分２５の温度を短時間で上昇をさせることができる。被加熱物２の内周部分２０の温度を短時間で上昇をさせることで、被加熱物２から軸部材３に伝達される熱量を少なくでき、ひいては被加熱物２の軸部材３に対する熱膨張量の差を大きくすることができる。

幾つかの実施形態では、上述した誘導加熱装置１は、図１、４に示されるように、第１加熱コイル４および第２加熱コイル５の内部に、冷却水や空気などの流体を循環させるための流体循環装置１０をさらに備えている。図４に示される実施形態では、流体循環装置１０は、第１加熱コイル４の内部に冷却水や空気などの流体を循環させるための第１流体循環装置１３と、第２加熱コイル５の内部に冷却水や空気などの流体を循環させるための第１流体循環装置１４と、を含む。第１加熱コイル４や第２加熱コイル５は、導線が中空筒状に形成されており、内部に流体が循環可能になっている。ここで、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５は、高周波電流ＲＦが流れることで発生する熱や、被加熱物２からの輻射熱による昇温する。上述した流体循環装置１０により、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５の内部に流体を循環させることで、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５の昇温を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述した第２加熱コイル５は、フランジ部２２の外周周りに装着される部分である装着部５１の巻き数が、第１加熱コイル４の筒状部２１の外周周りに装着される部分である装着部４１の巻き数よりも多い。図示される実施形態では、第２加熱コイル５の装着部５１の巻き数が二段であるのに対して、第１加熱コイル４の装着部４１の巻き数は一段である。

筒状部２１よりも外径が大きいフランジ部２２は、筒状部２１よりも外周部分から内周部分に熱が伝達するのに時間がかかるので、筒状部２１よりも内周部分の温度を上昇させるのに時間がかかる。上記の構成によれば、第２加熱コイル５のフランジ部２２の外周周りに装着される部分（装着部５１）の巻き数が、第１加熱コイル４の筒状部２１の外周周りに装着される部分（装着部４１）の巻き数よりも多い。このため、第２加熱コイル５は、第１加熱コイル４よりも多くの熱量を被加熱物に対して加えることにより、フランジ部２２の内周部分２５の温度を短時間で上昇させることができる。このような誘導加熱装置１によれば、フランジ部２２の内周部分２５の温度を短時間で上昇をさせることで、被加熱物２の筒状部２１やフランジ部２２から軸部材３に伝達される熱量を少なくでき、ひいては被加熱物２の軸部材３に対する熱膨張量の差を大きくすることができる。

幾つかの実施形態では、上述した被加熱物２は、図３に示されるように、ポンプ１１の軸継手２Ａである。図示される実施形態では、軸部材３は、原子力ポンプや火力ポンプなどのポンプ１１の内部に収納されるとともに、外周周りに装着された羽根車１２とともに回転可能に支持される回転軸３Ａである。軸継手２Ａは、回転軸３Ａに装着される。この場合には、誘導加熱装置１により、ポンプ１１の軸継手２Ａを回転軸３Ａ（軸部材３）に対して容易かつ確実に着脱可能である。

また、他の幾つかの実施形態では、上述した被加熱物２は、図３に示されるように、ポンプ１１の推力つば２Ｂである。図示される実施形態では、推力つば２Ｂは、上述した回転軸３Ａに装着される。この場合には、誘導加熱装置１により、ポンプ１１の推力つば２Ｂを回転軸３Ａ（軸部材３）に対して容易かつ確実に着脱可能である。

また、他の幾つかの実施形態では、上述した被加熱物２は、ポンプ１１の回転軸３Ａを支持する不図示の軸受である。上述した幾つかの実施形態では、被加熱物２は、ポンプ１１の回転軸３Ａに装着される、軸継手２Ａなどの軸装着部材であったが、回転軸３Ａ以外の軸部材３に装着されてもよい。ただし、ポンプ１１は、火気の使用がきわめて制限される発電所内に設置されるので、ポンプ１１の回転軸３Ａに装着される被加熱物２は、上述した実施形態が好適に使用される。

なお、上述した幾つかの実施形態では、被加熱物２は導電体であり、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５から被加熱物２が直接加熱される直接加熱方式であったが、被加熱物２は絶縁体であってもよい。この場合には、被加熱物２の外周に巻き付けられた導電体を、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５が加熱し、該導電体から伝熱される熱により被加熱物２が加熱される、いわゆる間接加熱方式により被加熱物２を加熱してもよい。

また、上述した幾つかの実施形態では、例えば図２に示されるように、第１加熱コイル４や第２加熱コイル５は、被加熱物２に密着して設けられているが、被加熱物２との間に間隔をあけて配置されてもよい。幾つかの実施形態では、後述する図６に示されるように、第１加熱コイル４と被加熱物２の筒状部２１との間に、第１絶縁部材１５を設けてもよいし、第２加熱コイル５と被加熱物２のフランジ部２２の間に、第２絶縁部材１６を設けてもよい。

以下、誘導加熱による着脱方法について説明する。誘導加熱による着脱方法とは、例えば、図２に示されるような上述した筒状部２１およびフランジ部２２を含む被加熱物２を軸部材３に対して着脱する方法である。

図５は、一実施形態にかかる誘導加熱による着脱方法の一例を示すフロー図である。図５に示されるように、幾つかの実施形態にかかる誘導加熱による着脱方法１００は、筒状部２１の外周周りに第１加熱コイル４を装着するステップＳ１０１と、フランジ部２２の外周周りに第２加熱コイル５を装着するステップＳ１０２と、第２加熱コイル５に高周波電流ＲＦを印加して被加熱物２を加熱する第１加熱ステップＳ１０３と、第１加熱コイル４に高周波電流ＲＦを印加して被加熱物２を加熱する第２加熱ステップＳ１０４と、第１加熱ステップＳ１０３および第２加熱ステップＳ１０４によって加熱された被加熱物２を軸部材３に対して着脱する着脱ステップＳ１０５と、を備えている。

第１加熱ステップＳ１０３では、高周波電源装置６から第２加熱コイル５に高周波電流ＲＦを流し、高周波誘導加熱により被加熱物２のフランジ部２２を加熱する。一方、第２加熱ステップＳ１０４では、高周波電源装置６から第１加熱コイル４に高周波電流ＲＦを流し、高周波誘導加熱により被加熱物２の筒状部２１を加熱する。

着脱ステップＳ１０５は、図５に示されるように、被加熱物２を軸部材３に装着するステップＳ１０５Ａ、または被加熱物２を軸部材３から取外すステップＳ１０５Ｂ、のうちの何れか一方を含む。なお、着脱ステップＳ１０５では、手動で被加熱物２を着脱してもよいし、機械により被加熱物２を着脱してもよい。

上記の方法によれば、第１加熱ステップＳ１０３で、被加熱物２のフランジ部２２の外周周りに装着された第２加熱コイル５により、被加熱物２の主にフランジ部２２が加熱される。また、第２加熱ステップＳ１０４で、被加熱物２の筒状部２１の外周周りに装着された第１加熱コイル４により、被加熱物２の主に筒状部２１が加熱される。このため、第２加熱コイル５および第１加熱コイル４により被加熱物２を加熱することで、被加熱物２から軸部材３に伝達される熱量が少ないうちに、フランジ部２２の内周部分２５および筒状部２１の内周部分２４の両方の温度を上昇させることができる。このため、第１加熱ステップＳ１０３および第２加熱ステップＳ１０４において、被加熱物２の軸部材３に対する熱膨張量の差を大きくできるので、第１加熱ステップＳ１０３や第２加熱ステップＳ１０４よりも後に行われる着脱ステップＳ１０５では、フランジ部２２および筒状部２１を含む被加熱物２を軸部材３に対して容易かつ確実に着脱可能である。

なお、第１加熱コイル４を装着するステップＳ１０１と、第２加熱コイル５を装着するステップＳ１０２とは、何れが先に行われてもよいし、二つのステップが同時的に行われてもよい。また、第１加熱ステップＳ１０３と、第２加熱ステップＳ１０４とは、何れを先に開始してもよいし、何れを先に終了してもよい。また、第１加熱ステップＳ１０３と、第２加熱ステップＳ１０４とは、何れか一方を後に開始して、他方より先に終了してもよい。また、第１加熱ステップＳ１０３と、第２加熱ステップＳ１０４とは、ステップにおける一部又は全体が、同時的に行われてもよい。

幾つかの実施形態では、図５に示されるように、第１加熱ステップＳ１０３を第２加熱ステップＳ１０４よりも先に開始する。この場合には、筒状部２１よりも外径が大きいフランジ部２２は、外周部分２７から内周部分２５への熱伝達に時間がかかるのに対して、第１加熱ステップＳ１０３を第２加熱ステップＳ１０４よりも先に開始することで、フランジ部２２の内周部分２５と筒状部２１の内周部分２４に熱が伝達されるタイミングをあわせることができる。よって、上記の方法によれば、熱が伝達されるタイミングをあわせることで、被加熱物２から軸部材３に伝達される熱量が少ないうちに、フランジ部２２の内周部分２５および筒状部２１の内周部分２４の温度を上昇させることができる。

（実施例）
上述した幾つかの実施形態にかかる誘導加熱装置、および誘導加熱による着脱方法の実施例を説明する。図６は、実施例にかかる誘導加熱装置の構成を概略的に示す概略構成図である。図７は、実施例にかかる誘導加熱装置により被加熱物を加熱した際の、被加熱物の温度推移を示したグラフである。
実施例にかかる誘導加熱装置１（１Ｃ）は、図６に示されるように、上述した推力つば２Ｂ（被加熱物２）を回転軸３Ａ（軸部材３）に対して着脱するために用いられるものであって、上述した第１加熱コイル４と、上述した第２加熱コイル５と、を備えている。第１加熱コイル４は、筒状部２１の外周に巻き付けられた第１絶縁部材１５の外周周りに装着されている。また、第２加熱コイル５は、フランジ部２２の外周に巻き付けられた第２絶縁部材１６の外周周りに装着されている。

実施例にかかる誘導加熱装置１（１Ｃ）は、上述した高周波電源装置６（高周波発振器６Ａおよび高周波変流器９）と、上述した制御装置７と、上述した切換装置８と、を備えている。

本実施例では、図７における期間Ｔ１中に第２加熱コイル５による被加熱物２の加熱を行い、期間Ｔ１の経過後の、期間Ｔ２中に第１加熱コイル４による被加熱物２の加熱を行った。すなわち、制御装置７により切換装置８における切り換えを制御し、第２加熱コイル５による加熱を行った後に第１加熱コイル４による加熱を行った。

本実施例では、被加熱物２は当該鋼材の機械的特性が変わらない加熱温度を４００〜５００℃を加熱上限として設定した。幾つかの実施形態でも材料の機械的特性が変わらない範囲で加熱上限温度を設定して加熱を行う。

被加熱物２の外面に温度計を取付け、上述した被加熱物２の加熱中、および加熱後の温度を計測した。図６におけるＴＣ１〜ＴＣ６は、温度計が装着された位置を示している。位置ＴＣ１は、筒状部２１の外周面２６１の、軸線方向におけるフランジ部２２から離れた側の縁である。位置ＴＣ２は、筒状部２１の外周面２６１の、軸線方向における中央である。位置ＴＣ３は、筒状部２１の外周面２６１の、軸線方向におけるフランジ部２２に隣接する側の縁である。位置ＴＣ４は、フランジ部２２の筒状部２１側とは反対側の端面の、径方向における中央である。位置ＴＣ５は、フランジ部２２の外周面２７１の、軸線方向における中央である。位置ＴＣ６は、フランジ部２２の筒状部２１側とは反対側の端面の、径方向における内周側である。位置ＴＣ３と位置ＴＣ６は、被加熱物２の軸線から互いに同等の距離に位置している。

図８における横軸は、加熱を開始してからの時間（秒）を示している。図８における縦軸は、温度計が検出した温度（℃）を示している。図８の期間Ｔ１に示されるように、第２加熱コイル５による加熱により、フランジ部２２の外周面２７１に位置する位置ＴＣ５における温度が急激に上昇する。フランジ部２２の外周部分２７から熱が伝達することで、位置ＴＣ４、ＴＣ６、ＴＣ３の順に温度が上昇する。期間Ｔ１中における位置ＴＣ３の温度と、位置ＴＣ６の温度と、を比較すると、筒状部２１側である位置ＴＣ３の方が、筒状部２１から離れた側にある位置ＴＣ６よりも温度上昇が緩やかである。

図８の期間Ｔ２に示されるように、第１加熱コイル４による加熱により、筒状部２１の外周面２６１に位置する位置ＴＣ１〜ＴＣ３の温度が上昇する。この際、位置ＴＣ３における温度上昇は、位置ＴＣ１、ＴＣ２に比べて緩やかである。また、位置ＴＣ６における温度は、期間Ｔ２中も上昇している。

図８の期間Ｔ２の経過後は、熱が伝達されることで、位置ＴＣ１やＴＣ２における温度が低下する。これに伴い、位置ＴＣ３における温度が緩やかに低下して位置ＴＣ６における温度と同程度の温度になる。

図８に示されるように、フランジ部２２の筒状部２１側に位置する位置ＴＣ３と、フランジ部２２の筒状部２１側に位置する位置ＴＣ６と、が似たような温度上昇傾向を示している。上述したように、位置ＴＣ３とＴＣ６は、被加熱物２の軸線から互いに同等の距離に位置している。このため、フランジ部２２の内周部分２５の、筒状部２１に近接する側と筒状部２１から離れた側についても互いに似たような温度上昇傾向を示していると推認される。本実施例のように、フランジ部２２の内周部分２５における温度上昇のタイミングをあわせることで、フランジ部２２を含む被加熱物２を軸部材３に対して容易かつ確実に着脱することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 誘導加熱装置
２ 被加熱物
２Ａ 軸継手
２Ｂ 推力つば
３ 軸部材
３Ａ 回転軸
４ 第１加熱コイル
５ 第２加熱コイル
６ 高周波電源装置
６Ａ 高周波発振器
７ 制御装置
８ 切換装置
９ 高周波変流器
１０ 流体循環装置
１１ ポンプ
１２ 羽根車
１３ 第１流体循環装置
１４ 第２流体循環装置
１５ 第１絶縁部材
１６ 第２絶縁部材
２０，２４，２５ 内周部分
２１ 筒状部
２２ フランジ部
２３ 貫通孔
２６，２７ 外周部分
２８ 仮想面
４１，５１ 装着部
１００ 誘導加熱による着脱方法
Ａ 軸線
ＲＦ 高周波電流

Claims (8)

1. 筒状部、および、前記筒状部よりも外径が大きいフランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して着脱するために用いられる誘導加熱装置であって、
   前記筒状部の外周周りに装着される第１加熱コイルと、
   前記フランジ部の外周周りに装着される第２加熱コイルと、を備える誘導加熱装置。
2. 前記第１加熱コイルおよび前記第２加熱コイルに高周波電流を印加する高周波電源装置と、
   前記第１加熱コイルおよび前記第２加熱コイルへの前記高周波電源装置からの前記高周波電流の通電を制御する制御装置と、をさらに備える請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記高周波電源装置と、前記第１加熱コイルおよび前記第２加熱コイルのうちの何れかと、を択一的に通電可能な切換装置をさらに備える請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記高周波電源装置は、
   前記第１加熱コイルに前記高周波電流を印加する第１高周波電源装置と、
   前記第２加熱コイルに前記高周波電流を印加する第２高周波電源装置と、を含む請求項２に記載の誘導加熱装置。
5. 前記第２加熱コイルは、前記フランジ部の外周周りに装着される部分が前記第１加熱コイルよりも巻き数が多い請求項１乃至４の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 前記被加熱物は、ポンプの軸継手または推力つばの何れか一方である請求項１乃至５の何れか１項に記載の誘導加熱装置。
7. 筒状部、および、前記筒状部よりも外径が大きいフランジ部を含む被加熱物を軸部材に対して着脱する方法であって、
   前記筒状部の外周周りに第１加熱コイルを装着するステップと、
   前記フランジ部の外周周りに第２加熱コイルを装着するステップと、
   前記第２加熱コイルに高周波電流を印加して前記被加熱物を加熱する第１加熱ステップと、
   前記第１加熱コイルに高周波電流を印加して前記被加熱物を加熱する第２加熱ステップと、
   前記第１加熱ステップおよび前記第２加熱ステップによって加熱された前記被加熱物を前記軸部材に対して着脱する着脱ステップと、を備える誘導加熱による着脱方法。
8. 前記第１加熱ステップを前記第２加熱ステップよりも先に開始する請求項７に記載の誘導加熱による着脱方法。

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