(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
誘導加熱によって金型等の被加熱部材を効率良く加熱するためには、コイルの形状を被加熱部材の大きさや形状に応じて変更することが好ましい。しかし、従来では、コイルは接着剤等によって固められていたり、コイルを保持する保持部材に強固に固定されているため、コイルの形状を被加熱部材の大きさや形状に応じて変更することは困難であった。
【0006】
なお、このような課題は、砂型成型用の金型や、射出成型用の金型、ダイカスト用の金型等を予熱する場合に限らず、一般に、誘導加熱によって被加熱部材を加熱する場合においても同様に発生する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【0008】
(1)本発明の一形態によれば、誘導加熱装置に用いられる導電性の線状部材を保持する保持部材が提供される。この保持部材は、前記線状部材が配置される配置領域を有する基礎部材と、前記配置領域に周期的に配置され、前記線状部材を保持する複数の
柱状の突部とを備える。
この形態によれば、線状部材を複数の突部によって保持することができるので、自由なレイアウトで線状部材を保持部材に配置することができる。また、被加熱部材の形状や大きさに応じて、保持部材における線状部材の配置を適宜変更することができる。さらに、この形態によれば、複数の突部が周期的に配置されているので、線状部材を、周期的な形状や対称な形状に容易に配置することができる。
【0009】
(2)上記形態の保持部材において、前記突部は、前記基礎部材の前記配置領域に格子状の溝が形成されることによって構成されていてもよい。
この形態によれば、多数の突部を有する保持部材を簡易な工程によって製造することができる。
【0010】
(3)上記形態の保持部材において、前記溝の一の部分の深さは、当該溝の他の部分の深さと異なっていてもよい。
この形態によれば、異なる深さの溝が存在するので、線状部材が保持部材に配置された場合に、線状部材と保持部材とが接触しない箇所が存在することになる。当該箇所では線状部材と保持部材との間に空気層が形成される。空気層が形成されると、空気層への放熱によって線状部材が冷却されるとともに、被加熱部材の熱が保持部材を経由して線状部材に伝導することが空気断熱によって抑制される。したがって、線状部材に高周波電力が供給された際の当該線状部材の過熱を抑制することができる。
【0011】
(4)上記形態の保持部材において、前記格子状に形成された溝のうち、第1の方向に平行な向きに形成された溝の深さは、前記第1の方向と交差する第2の方向に平行な向きに形成された溝の深さと異なっていてもよい。
この形態によれば、異なる深さの溝が形成された保持部材を簡易な工程によって製造することができる。
【0012】
(5)上記形態の保持部材において、前記基礎部材は、第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面とを有する板状の部材であり、前記突部は、前記第1の面と前記第2の面とに配置されていてもよい。
この形態によれば、保持部材の両面に被加熱部材を配置することができるので、複数の被加熱部材を効率的に加熱することができる。
【0013】
(6)上記形態の保持部材は、さらに、前記複数の突部の先端と先端との間の少なくとも一部を覆う覆部材を備えてもよい。
この形態によれば、複数の突部の先端の間の少なくとも一部が覆部材によって覆われるので、線状部材が保持部材から意図せず外れてしまうことを抑制することができる。
【0014】
(7)上記形態の保持部材において、前記突部には、前記突部に保持された前記線状部材が前記突部の先端側に移動するのを抑制する抑制部が形成されていてもよい。
この形態によれば、線状部材が保持部材から意図せず外れてしまうことを抑制することができる。
【0015】
(8)上記形態の保持部材において、前記基礎部材は、変形可能であってもよい。
この形態によれば、被加熱部材の形状に応じて保持部材の形状を変化させることができるので、被加熱部材を効率良く加熱することができる。
【0016】
(9)本発明の他の形態によれば、加熱ユニットが提供される。この加熱ユニットは、上記形態の保持部材と、前記保持部材の前記基礎部材の前記配置領域に配置され、前記複数の突部によって保持された導電性の線状部材とを備える。
この形態によれば、被加熱部材の形状や大きさに応じて線状部材が配置された加熱ユニットに高周波電力を供給すれば、被加熱部材を誘導加熱によって効率的に加熱することができる。
【0017】
(10)本発明の他の形態によれば、誘導加熱装置が提供される。この誘導加熱装置は、上記形態の加熱ユニットと、前記加熱ユニットの前記線状部材に高周波電力を供給する高周波電力供給装置とを備える。
この形態によれば、被加熱部材の形状や大きさに応じて線状部材が配置された加熱ユニットに高周波電力を供給することができるので、被加熱部材を誘導加熱によって効率的に加熱することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明にかかる実施の形態について、図面を参照しながら以下の順序で説明する。
A.第1実施形態:
B.第2実施形態:
C.他の実施形態:
D.変形例:
【0020】
A.第1実施形態:
図1は、本発明の一実施形態としての誘導加熱装置100の概要を示す説明図である。
図1(A)は、誘導加熱装置100の構成を模式的に示す説明図である。
【0021】
誘導加熱装置100は、金型等の金属部材(以下、被加熱部材とも呼ぶ)を誘導加熱によって加熱する機能を有しており、加熱ユニット10と、加熱ユニット10に高周波電力を供給する高周波電力供給装置50とを備える。
【0022】
加熱ユニット10は、保持部材20と、保持部材20に保持された導電性の線状部材40とを備える。本実施形態では、保持部材20は、耐熱性、絶縁性に優れた樹脂材料、具体的には、ガラス繊維を含むガラス繊維強化プラスチックによって形成されている。また、本実施形態では、導電性の線状部材40として、断面積が10mm
2のリッツ線が用いられている。リッツ線は、絶縁性の被膜によって表面が覆われた複数の導線(例えば、エナメル線)が撚り合わされることによって構成されている。
【0023】
本実施形態では、保持部材20は、長方形の板状の部材であり、第1の面F1と、第1の面F1とは反対側の第2の面F2とを有している。線状部材40は、巻き回された状態で、保持部材20の第1の面F1および第2の面F2の両方の面に保持されている。保持部材20の中心には、貫通孔21が設けられており、第1の面F1に保持された線状部材40は、第2の面F2に保持された線状部材40と貫通孔21を通して繋がっている。
【0024】
高周波電力供給装置50は、200ボルト3相交流の工業用電源に接続され、高周波電力を発生させるとともに、発生させた高周波電力を加熱ユニット10の線状部材40に供給する。本実施形態では、高周波電力供給装置50は、7kW〜20kWの高周波電力を発生させることが可能である。
【0025】
なお、
図1(A)に示すように、本明細書では、保持部材20の横方向(長手方向)をX軸方向と定義し、縦方向をY軸方向と定義し、厚さ方向をZ軸方向と定義する。X軸方向、Y軸方向、Z軸方向は、それぞれ互いに直行している。
【0026】
図1(B)は、線状部材40の巻き方の一例を示す説明図である。
図1(B)に示した例では、線状部材40は、その一端が高周波電力供給装置50に接続されており、保持部材20の第1の面F1において、反時計回りに、中心(貫通孔21)に向かって巻き回されるとともに、貫通孔21を通っている。貫通孔21を通った線状部材40は、保持部材20の第2の面F2において、時計回りに、外側に向かって巻き回されるとともに、その他端が高周波電力供給装置50に接続されている。
【0027】
なお、後述するように、保持部材20の第1の面F1および第2の面F2には、複数の突部が設けられており、線状部材40は複数の突部によって保持されている。
【0028】
図1(C)は、加熱ユニット10の両側に被加熱部材としての金型200A、200Bが配置された様子を示す説明図である。加熱ユニット10の第1の面F1及び第2の面F2に配置された線状部材40に高周波電力が供給されると、第1の面F1及び第2の面F2の周囲に、時間的に変化する磁場が発生するとともに、金型200A、200Bに渦電流が発生する。金型200A、200Bに渦電流が発生すると、ジュール熱によって金型200A、200Bが加熱される。このように、本実施形態によれば、加熱ユニット10の第1の面F1及び第2の面F2に線状部材40が配置されているので、加熱ユニット10の両側の面に被加熱部材を配置することができ、複数の被加熱部材を効率的に加熱することができる。
【0029】
図2は、加熱ユニット10の保持部材20の詳細を示す斜視図であり、
図3(A)、
図3(B)、
図3(C)は、それぞれ、保持部材20をZ軸方向、Y軸方向、X軸方向から示す説明図である。
図4(A)、
図4(B)、
図4(C)は、それぞれ、線状部材40が配置された状態の保持部材20をZ軸方向、Y軸方向、X軸方向から示す説明図である。
【0030】
保持部材20は、線状部材40が配置される配置領域を有する基礎部材22と、線状部材40を保持する複数の突部24とを備える。本実施形態では、基礎部材22の第1の面F1および第2の面F2の全領域が、線状部材40が配置される配置領域として用いられている。複数の突部24は、基礎部材22の配置領域に周期的に配置されている。
【0031】
本実施形態によれば、線状部材40を複数の突部24によって保持することができるので、自由なレイアウトで線状部材40を保持部材20に配置することができる。また、本実施形態によれば、線状部材40としてのリッツ線を接着剤等で固定しなくてもよいので、例えば、被加熱部材の形状や大きさに応じて、保持部材20における線状部材40の配置を適宜変更することができる。さらに、本実施形態によれば、複数の突部24が周期的に配置されているので、線状部材40を、周期的な形状や対称な形状に容易に配置することができる。線状部材40が対称な形状に配置された例については後述する。
【0032】
さらに、本実施形態では、突部24は、基礎部材22の配置領域に格子状の溝26が形成されることによって構成されている。本実施形態における溝26の幅は6mmである。格子状の溝26は、例えば、基礎部材22を切削することによって形成することができる。したがって、本実施形態によれば、多数の突部24を有する保持部材20を簡易な工程によって製造することができる。なお、本実施形態のように、基礎部材22の配置領域に格子状の溝26が形成されている場合には、格子状の溝26によって線状部材40が保持されていると捉えることもできる。
【0033】
さらに、本実施形態では、格子状に形成された溝26のうち、X軸方向に平行な向きに形成された溝26xの深さは、Y軸方向に平行な向きに形成された溝26yの深さと異なっている。具体的には、本実施形態では、溝26xの深さは9mmであり、溝26yの深さは7mmである。このため、
図4(C)の拡大図に示すように、線状部材40が保持部材20に配置された場合に、線状部材40と保持部材20とが接触しない箇所が存在することになる。当該箇所では線状部材40と保持部材20との間に空気層が形成される。空気層が形成されると、空気層への放熱によって線状部材40が冷却されるとともに、被加熱部材の熱が保持部材20を経由して線状部材40に伝導することが空気断熱によって抑制される。したがって、線状部材40に高周波電力が供給された際の当該線状部材40の過熱を抑制することができる。また、本実施形態によれば、異なる深さの溝26が形成された保持部材20を簡易な工程によって製造することができる。
【0034】
さらに、本実施形態では、突部24は、第1の面F1と第2の面F2とに配置されているので、第1の面F1および第2の面F2の両面に線状部材40を保持することができる。したがって、保持部材20の両側に被加熱部材を配置すれば、複数の被加熱部材を効率的に加熱することができる。
【0035】
図5は、5つの覆部材28が取り付けられた状態の保持部材20を示す説明図である。覆部材28は、複数の突部24の先端と先端との間の少なくとも一部を覆う機能を有している。本実施形態では、覆部材28は、棒状であり、ザグリ加工が施されたボルト穴が形成されている。覆部材28は、当該ボルト穴にボルトを通し、当該ボルトを保持部材20に固定することによって、保持部材20に固定される。
【0036】
なお、
図5では、第2の面F2が示されていないが、第2の面F2にも同様に、5つの覆部材28が取り付けられている。また、実際には、線状部材40が保持部材20の第1の面F1および第2の面F2に配置された後に、覆部材28が第1の面F1および第2の面F2に取り付けられる。本実施形態によれば、複数の突部24の先端と先端との間の少なくとも一部が覆部材28によって覆われるので、線状部材40が保持部材20から意図せず外れてしまうことを抑制することができる。
【0037】
また、覆部材28が保持部材20に取り付けられている構成によれば、覆部材28が保持部材20に取り付けられずに被加熱部材が保持部材20に直接接触している場合と比較して、被加熱部材の熱が、保持部材20及び線状部材40に伝導することを抑制することができる。したがって、線状部材40の過熱を抑制することができる。
【0038】
図6は、線状部材40が線対称な形状となるように配置された一例を示す説明図である。
図6(A)に示した例では、線状部材40は、第1の面F1の左側及び右側の位置に巻き回されて配置されており、線L1に対して線対称な形状となっている。
図6(B)に示した例では、線状部材40は、第1の面F1を往復するように配置されており、線L2に対して線対称な形状となっている。なお、この
図6に示すように、線状部材40が交差する場合には、溝26は、線状部材40が交差できる程度の深さを有していることが好ましい。以下で説明する
図7においても同様である。
【0039】
図7は、線状部材40が点対称な形状となるように配置された一例を示す説明図である。
図7(A)に示した例では、線状部材40は、第1の面F1の左側及び右側の位置に巻き回されて配置されており、点Pに対して点対称な形状となっている。
図7(B)に示した例では、線状部材40は、第1の面F1の左下及び右上の位置に巻き回されて配置されており、点Pに対して点対称な形状となっている。
【0040】
このように、本実施形態によれば、複数の突部24が周期的に配置されているので、線状部材40を対称な形状に容易に配置することができる。ただし、本実施形態によれば、線状部材40を周期的な形状や対称な形状に配置することに限らず、被加熱部材の大きさや形状に応じた最適な形状に配置することができる。
【0041】
以上説明したように、本実施形態によれば、誘導加熱によって被加熱部材としての金型を加熱するので、比較的平坦な金型に対して、均一加熱、局所加熱が可能である。例えば、保持部材20の特定の箇所に線状部材40を密に巻くことによって、金型を局所的に加熱することが可能となる。また、金型を温風によって加熱する場合と比較して、加熱に要する時間を7分の1程度に短縮することができる。
【0042】
さらに、本実施形態では、保持部材20の両面に溝26が形成されており、線状部材40としてのリッツ線が両面に配置されて2重巻となっている。したがって、保持部材20の両側に配置された2つの金型200A、200Bとリッツ線との距離を同一にすることができ、2つの金型200A、200Bを均一に加熱することができる。また、金型200Aとリッツ線との距離と、金型200Bとリッツ線との距離とを異なるようにすれば、2つの金型200A、200Bを異なる温度に加熱することも可能である。
【0043】
さらに、本実施形態では、溝26が格子状に形成されており、溝26xの深さと溝26yの深さとが異なっているので、線状部材40としてのリッツ線が保持部材20に接触しない箇所が形成される。したがって、空気層への放熱作用及び空気層による断熱作用によって、リッツ線を低温に保つことができる。
【0044】
さらに、本実施形態では、金型等の被加熱部材の大きさや形状に応じて、リッツ線等の線状部材40を保持部材20に自由に配置することができる。さらに、本実施形態では、線状部材40としてリッツ線が用いられているので、線状部材40を保持部材20に配置して加熱ユニット10を完成させた後であっても、被加熱部材の変更に応じて、線状部材40の配置を容易に変更することができる。
【0045】
B.第2実施形態:
図8は、第2実施形態における保持部材20bをZ軸方向、Y軸方向、X軸方向から示す説明図である。
図3に示した第1実施形態では、突部24は、基礎部材22に格子状の溝26が形成されることによって構成されているの対し、この
図8に示した第2実施形態では、円柱状の突部24bが基礎部材22に千鳥状に設けられている。このような構成であっても、第1実施形態と同様に、線状部材40を複数の突部24によって保持することができるので、自由なレイアウトで線状部材40を保持部材20に配置することができるとともに、線状部材40を、周期的な形状や対称な形状に容易に配置することができる。
【0046】
C.他の実施形態:
図9は、保持部材20の突部24の他の実施形態を拡大して示す説明図である。
図3に示した第1実施形態との違いは、突部24に保持された線状部材40が突部24の先端側に移動するのを抑制する抑制部が突部24に形成されている点であり、他の構成は第1実施形態と同じである。
【0047】
図9(A)および
図9(B)に示した例では、抑制部として、XY平面方向に膨らんだ膨出部25aが突部24の先端近傍の側面に形成されている。
図9(C)に示した例では、抑制部として、複数の鍔部25bが突部24の側面に形成されている。
【0048】
これらの実施形態によれば、線状部材40が保持部材20から意図せず外れてしまうことを抑制することができる。なお、抑制部は、突部24に保持された線状部材40が突部24の先端側に移動するのを抑制する機能を有する形状であれば、膨出部25aや鍔部25b以外の他の形状であってもよい。また、抑制部は、第2実施形態における突部24bに形成されていてもよい。
【0049】
D.変形例:
なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0050】
D1.変形例1:
上記第2実施形態において、突部24bは、保持部材20が有する基礎部材22から着脱可能に構成されていてもよい。このような構成によれば、例えば、線状部材40の保持に必要な突部24bのみを取り付けたり、保持部材20の収納時に突部24bを取り外すことができる。
【0051】
D2.変形例2:
上記第1実施形態では、溝26xと溝26yとが交差する角度は90度であるが、溝26の交差する角度は直角でなくてもよい。例えば、溝26の交差する角度は、60度であってもよい。
【0052】
D3.変形例3:
上記第1実施形態では、溝26xの深さと溝26yの深さとが異なっていることによって、線状部材40と基礎部材22とが接触しない箇所が形成されているが、この代わりに、例えば、溝26xと溝26yとが交差する部分の深さが、他の部分よりも深い構成であってもよい。すなわち、溝26の一の部分の深さが、溝26の他の部分の深さと異なっていれば、線状部材40と基礎部材22とが接触しない箇所が存在することになり、線状部材40に高周波電力が供給された際の当該線状部材40の過熱を抑制することができる。ただし、溝26の一の部分の深さが、溝26の他の部分の深さと異なっていることは必須ではなく、溝26の深さは全て同一であってもよい。
【0053】
D4.変形例4:
上記実施形態では、突部24(24b)は、保持部材20が有する基礎部材22の第1の面F1と第2の面F2の両面に配置されているが、突部24(24b)は、いずれか一方の面にのみ配置されていてもよい。また、上記実施形態では、線状部材40が配置される配置領域としての第1の面F1および第2の面F2は、平面であるが、配置領域は、平面でなくてもよく、曲面であってもよい。また、上記実施形態では、突部24(24b)は、周期的に配置されているが、周期的に配置されていなくてもよい。
【0054】
D5.変形例5:
上記実施形態では、保持部材20(基礎部材22)は、樹脂材料によって形成されているが、他の材料によって形成されていてもよい。例えば、保持部材20(基礎部材22)は、耐熱性に優れたゴム材料や、セラミックスによって形成されていてもよい。
【0055】
また、保持部材20の基礎部材22は、変形可能であってもよい。例えば、基礎部材22は、変形可能な材料によって形成されていてもよく、また、変形可能な構造を有していてもよい。このようにすれば、被加熱部材の形状に応じて保持部材20の形状を変化させることができるので、被加熱部材を効率良く加熱することができる。
【0056】
変形可能な材料としては、例えば、耐熱性を有するシリコン素材や、耐熱性、耐火性を有する紙材、耐熱性、柔軟性を有する繊維材料等を採用することができる。シリコン素材を採用した場合には、例えば、射出成型によって、突部を容易に形成することができる。また、紙材や繊維材料を採用した場合には、例えば、プレス加工によって、突部を容易に形成することができる。
【0057】
変形可能な構造としては、例えば、複数の板材が樹脂製の蝶番等によって連結された構造や、複数の板材が変形可能な薄い樹脂によって連結された構造等を採用することができる。
【0058】
なお、上述したように、突部は、周期的に配置されていなくてもよい。すなわち、
誘導加熱装置に用いられる導電性の線状部材を保持する保持部材であって、
前記線状部材が配置される配置領域を有し、変形可能な基礎部材と、
前記配置領域に配置され、前記線状部材を保持する複数の突部と、
を備える、保持部材を採用してもよい。このようにすれば、被加熱部材の形状に応じて保持部材の形状を変化させることができるので、被加熱部材を効率良く加熱することができる。
【0059】
D6.変形例6:
上記実施形態では、線状部材40が保持部材20に保持された後に、覆部材28が取り付けられるが、覆部材28は省略してもよい。また、上記実施形態では、覆部材28の形状は、棒状であるが、複数の突部24の先端と先端との間の少なくとも一部を覆う機能を有していれば、他の形状であってもよい。例えば、覆部材28の形状は、保持部材20の第1の面F1および第2の面F2と同じ大きさの長方形の板状であってもよい。熱伝導率の低い板状の覆部材28を用いれば、被加熱部材の熱が、保持部材20及び線状部材40に伝導することを抑制することができるので、線状部材40の過熱を抑制することができる。
【0060】
D7.変形例7:
上記実施形態では、1つの保持部材20に対して1本の線状部材40が保持されているが、2本以上の線状部材40が保持されてもよい。また、上記実施形態では、線状部材40としてリッツ線が用いられているが、リッツ線の代わりに、銅パイプが用いられてもよい。特に、銅パイプの一種のなまし銅管は、加工性が良いため、保持部材20の突部24(24b)に容易に保持させることができる。また、銅パイプは、耐熱温度が高く、パイプ内を空冷、水冷することができるため、被加熱部材を高温(例えば300℃以上)まで加熱する場合に適している。
【0061】
D8.変形例8:
上記実施形態では、保持部材20には、1つの貫通孔21が形成されているが、貫通孔21は省略してもよい。また、保持部材20には、複数の貫通孔が形成されていてもよい。保持部材20に複数の貫通孔が形成されていれば、線状部材40を、保持部材20の第1の面F1及び第2の面F2を自由に往来させて配置することができる。例えば、上述した
図6(A)、
図7(A)、
図7(B)に示した例では、線状部材40同士が交差する箇所において、巻き線状態となっていない方の線状部材40を、貫通孔を通して第2の面F2側に配置すれば、線状部材40を交差させずに配置することができる。
【0062】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。