特許 7333097 高周波加熱装置用の加熱コイル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-16

(45)【発行日】2023-08-24

(54)【発明の名称】高周波加熱装置用の加熱コイル

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/44 20060101AFI20230817BHJP

   H05B 6/42 20060101ALI20230817BHJP

   H05B 6/36 20060101ALI20230817BHJP

【ＦＩ】

H05B6/44

H05B6/42

H05B6/36 F

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021176905

(22)【出願日】2021-10-28

(65)【公開番号】P2023066273

(43)【公開日】2023-05-15

【審査請求日】2022-04-07

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 展示日時：令和 ３年 ４月 ７日 展示会名：名古屋ものづくりワールド２０２１ 第３回名古屋 次世代３Ｄプリンタ展 開催場所： ポートメッセ名古屋

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522455940

【氏名又は名称】ティーケーエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124419

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 敬也

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 英昭

(72)【発明者】

【氏名】阿部 一博

【審査官】吉澤 伸幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１８１８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０６５３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０３５８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１７０４４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／４４

Ｈ０５Ｂ ６／４２

Ｈ０５Ｂ ６／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波電流による電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための高周波加熱装置に用いる加熱コイルであって、
三次元データに基づいて電導物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法を用いて一体的に形成されたものであり、
高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部と、
前記各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部と、
それらの支持部の先端同士を繋ぐように設けられた環状の加熱部とを有しており、
前記環状の加熱部が、異なる高さ位置において水平に配置される複数の周状加熱体を、鉛直状に配置される複数の柱状加熱体によって連結した形状を有しているとともに、
前記電導物質が、９８．７１～９９．４５質量％の銅と、０．５０～１．００質量％のクロムと、０．０５～０．２５質量％のジルコニウムとを含有する高銅合金であり、かつ、
前記各接地部、前記各支持部および前記加熱部の内部に、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が形成されており、なおかつ、その冷却媒体流下路が、左右の各支持部の内部において分岐し別々に同側の接地部の内部に導かれた後に１本に結束した形状を有するものであることを特徴とする高周波加熱装置用の加熱コイル。

【請求項2】

前記環状の加熱部が、５個に分割された周状加熱体を、４本の柱状加熱体によって連結したものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置用の加熱コイル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波電流による電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための高周波加熱装置に用いられる加熱コイルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

金属製の被加工物（ワーク）の表面際の部分の硬さを高めるために、金属の変態点（オーステナイト変態点）以上の温度まで被加工物の表面を加熱した後に急冷する加工（所謂、焼入れ加工）が行われている。また、そのような焼き入れ加工を行うための方法として、高周波加熱装置を用いて、高周波電流を流した金属製の部材（加熱コイル）を被加工物の表面に近接させることによって被加工物を加熱する方法（所謂、高周波誘導加熱処理）が広く採用されている。そして、当該高周波誘導加熱処理に用いられる加熱コイルには、通常、高周波電源に接地させる一対の接地部、被加工物に外嵌させるための環状の加熱部、および、それらの接地部と加熱部とを連結する（繋ぐ）ための一対の支持部が設けられている。さらに、高周波電流を流したときに過度に発熱する事態を抑制するために、環状の加熱部の内部に、水等の冷却媒体を流下させるための冷却水通路が設けられている。

【0003】

また、高周波誘導加熱処理を利用して、軸状（円柱状、球状、円環状、大径部と小径部とが連続した形状等）の被加工物に焼き入れ加工を施す場合には、被加工物の周面に均一に焼き入れがなされるように、被加工物を中心軸の回りに回転させながら、焼き入れ加工が施されることがある。しかしながら、単純な円環状の加熱部を有する加熱コイルを利用して、大径部と小径部とが連続した軸状の被加工物に焼き入れ加工を施すと、図８の如く、環状の加熱部Ｈｃが溝肩部に近い位置で磁束Ｆを発生させ続けることに起因したエッジ効果により溝肩部（被加工物の径が変化している部分）に多量の渦電流Ｅが流れることによって、被加工物Ｗの溝肩部が過度に加熱されてしまい、結晶粒の粗大化によって脆くなる虞がある。それゆえ、そのような事態を防止するために、被加工物Ｗの軸方向に誘導電流を流させるような複雑な形状を有する環状の加熱部を備えた加熱コイルを利用して被加工物に焼き入れ加工が施される（特許文献１，２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１６１２１８号公報

【文献】特開２０１５－１０２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１，２の如き従来の加熱コイルは、環状の加熱部が複雑な形状であるにも拘わらず、加熱部内に冷却水通路を設ける必要から複数の部品を銀ロウ等で接着することによって形成しなければならないため、高い出力条件の下で（高電圧の高周波電源を印可する加工条件で）使用し続けると、破損して冷却媒体が漏れ出す事態が発生し易い。さらに、上記した従来の加熱コイルは、複数の部品をロウ付けすることによって形成しなければならないため、製造時に同一特性のものを再現性良く製造することが困難であり、そのことに起因して、加熱される被加工物の品質にバラツキを生じてしまう、という不具合もあった。

【0006】

本発明の目的は、上記した従来の高周波加熱処理用の加熱コイルの問題点を解消し、大径部と小径部とが連続した軸状の被加工物であっても、溝肩部に多量の電流が流れて過度に加熱されてしまう事態が起こりにくく、表層に均一に焼き入れ加工を施すことが可能である上、製造時に同一特性のものを再現性良く安価かつ容易に製造することができる高周波加熱装置用の加熱コイルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の内、請求項１に記載された発明は、高周波電流による電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための高周波加熱装置に用いる加熱コイルであって、三次元データに基づいて電導物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法（以下、導電性物質粉末層の部分溶着積層方法という）を用いて一体的に形成されたものであり、高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部と、前記各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部と、それらの支持部の先端同士を繋ぐように設けられた環状の加熱部とを有しており、前記環状の加熱部が、異なる高さ位置において水平に配置される複数の周状加熱体を、鉛直状に配置される複数の柱状加熱体によって連結した形状を有しているとともに、前記電導物質が、９８．７１～９９．４５質量％の銅と、０．５０～１．００質量％のクロムと、０．０５～０．２５質量％のジルコニウムとを含有する高銅合金であり、かつ、前記各接地部、前記各支持部および前記加熱部の内部に、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が形成されており、なおかつ、その冷却媒体流下路が、左右の各支持部の内部において分岐し別々に同側の接地部の内部に導かれた後に１本に結束した形状を有するものであることを特徴とする。

【0008】

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記環状の加熱部が、５個に分割された周状加熱体を、４本の柱状加熱体によって連結したものであることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0010】

請求項１に記載の高周波加熱装置用の加熱コイル（以下、単に加熱コイルという）は、環状の加熱部が、異なる高さ位置において水平に配置される複数の周状加熱体を、鉛直状に配置される複数の柱状加熱体によって連結した形状を有しているため、大径部と小径部とが連続した軸状の被加工物に焼き入れ加工をする場合でも、環状の加熱部が溝肩部に近い位置で被加工物に多くの磁束を発生させ続ける事態が生じない。したがって、請求項１に記載の加熱コイルによれば、被加工物の溝肩部に多量の電流が流れて溝肩部が過度に加熱されてしまう事態を効果的に防止することができ、被加工物の表層に均一な焼き入れを施すことができる。

【0011】

また、請求項１に記載の加熱コイルは、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法によって形成されるものであるため、環状の加熱部が複雑な形状を有しているにも拘わらず、安価かつ非常に容易に製造することができる上、同一形状、同一特性を有する製品を、製造作業者の技量に左右されることなく再現性良く効率的に製造することができる。さらに、請求項１に記載の加熱コイルは、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法あるいは導電性物質の溶融押出積層方法によって形成されるものであるので、従来の加熱コイルのように銀ロウによる接着部分が存在しないため、連続使用により温度が上昇しても変形したりせず、長期間に亘って規格通りの加熱処理（焼入れ処理）を実施することができる。

【0012】

請求項２に記載の加熱コイルは、環状の加熱部の周状加熱体が被加工物の周方向に適度な渦電流を発生させるとともに、環状の加熱部の柱状加熱体が被加工物の鉛直方向に適度な渦電流を発生させるため、被加工物の溝肩部に多量の電流が流れて過度に加熱されてしまう事態を防止しつつ、被加工物に効率的に焼き入れ加工を施すことができる。

【0013】

請求項１に記載の高周波加熱装置用の加熱コイルは、環状の加熱部の内部のみならず、各接地部および各支持部の内部にも、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が形成されており、被加工物の加熱処理中に加熱部のみならず接地部および支持部も同時に冷却されるため、長時間に亘って高温のまま保持される部分が生じない。それゆえ、請求項１に記載の加熱コイルは、絶縁板の炭化・劣化等に起因した絶縁破壊や特定の部分への応力集中による破損等の事態が起こりにくいため、耐久性に優れており、高い出力条件の下でも長期間に亘って被加工物への加熱処理を繰り返すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】加熱コイルの加熱部の概念図である（ａ～ｃにおいて（ｉ）は斜視図であり、（ii）は側面図であり、（iii）は平面図である）。

【図2】加熱コイルの作用を示す説明図（鉛直断面図）である。

【図3】加熱コイルの斜視図である。

【図4】加熱コイルの平面図（内部の冷却媒体流下路を透視した平面図）である。

【図5】加熱コイルの接地部の断面図（図４におけるＡ－Ａ線端面図）である。

【図6】加熱コイルの支持部の断面図（図４におけるＢ－Ｂ線端面図）である。

【図7】加熱コイルを製造する様子を示す説明図である（ａは平面図であり、ｂは鉛直断面図である）。

【図8】従来の加熱コイルの作用を示す説明図（鉛直断面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る加熱コイルは、三次元プリンタを利用して三次元データに基づく造形方法によって一体的に形成されたものであることが必要である。かかる造形方法としては、三次元データに基づいて導電性物質からなる粉末の敷設、溶融、凝固、積層を繰り返す造形方法（導電性物質粉末層の部分溶着積層方法）、あるいは、三次元データに基づいて溶融させた導電性物質を積層する造形方法（導電性物質の溶融押出積層方法）を採用することができる。なお、加熱コイルの造形方法として、導電性物質粉末層の部分溶着積層方法を用いると、複雑な形状・構造を有する加熱コイルを容易に製造することが可能となるので好ましい。

【0016】

本発明において造形の原料として用いる導電性物質とは、実質的に磁性を有しておらず、かつ、良好な導電性を有する物質のことを言う。かかる導電性物質としては、銅、黄銅、銀等を挙げることができる。それらの導電性物質の中でも、銅を用いると、材料費等のコストの低減が可能となり、加熱コイルを三次元プリンタによって安価かつ容易に製造することが可能となる上、導電性がきわめて良好なものとなり、電磁誘導による発熱効率が高いものとなるので好ましい。

【0017】

また、導電性物質として銅を用いる場合には、純銅を用いることも可能であるが、銅に、鉄、スズ、ニッケル、チタン、ベリリウム、ジルコニウム、クロム、ケイ素等を銅に比べて少ない割合で含有させた合金（高銅合金）を用いると、レーザの吸収を高めて温度上昇を促進することが可能となるので好ましい。さらに、それらの銅合金の中でも、銅にクロムを含有させた銅クロム合金を用いると、三次元プリンタによる製造効率を高く維持したまま加熱コイルの強度を効果的に高めることが可能となるのでより好ましく、銅に所定の割合でクロムおよびジルコニウムを含有させた合金（たとえば、９８．７１～９９．４５質量％の銅と、０．５０～１．００質量％のクロムと、０．０５～０．２５質量％のジルコニウムとを含有するもの（高銅合金）等）を用いると、特に好ましい。

【0018】

導電性物質粉末層の部分溶着積層方法を利用して本発明に係る加熱コイルを造形する場合には、敷設された造形の原料（すなわち、導電性物質からなる粉末）をレーザあるいは電子ビームの照射によって溶融させる必要がある。その際のレーザとしては、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ等を好適に用いることができるが、ファイバレーザ（すなわち、Ｙｂ等の希土類元素を添加した光ファイバをレーザ媒質として用いるレーザ）を用いると、小型の装置により高い出力で光軸にずれのないレーザ光を得ることが可能となり、寸法精度の高い加熱コイルを非常に効率良く製造することが可能となるので好ましい。

【0019】

また、導電性物質粉末層の部分溶着積層方法により加熱コイルを造形する場合のファイバレーザの出力、波長は、特に限定されないが、出力を４００～１，０００ｗの範囲内に調整し、波長を１，０００～１，１００ｎｍの範囲内に調整すると、短時間での効率的な造形が可能となるので好ましい。また、導電性物質として銅（純銅）を用いる場合には、銅粉末におけるレーザの吸光率を向上させて加熱コイルの製造効率を高めるために、銅粉末中に、黒鉛と無機酸化物との混合粉末等からなる吸収剤を添加することも可能である。

【0020】

また、本発明に係る加熱コイルは、高周波電流を通電させる電極に当着させるための一対の板状の接地部と、各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状の支持部と、それらの支持部の先端同士を繋ぐように設けられた環状の加熱部とを有していることが必要である。各支持部は、各接地部に対してそれぞれ直交するように配置された一対の板状（あるいは棒状）のものであれば、その形状は特に限定されないが、電力印可時に放電現象が生じないように角部を面取りしたものであると好ましい。

【0021】

一方、加熱部は、環状に形成されていることが必要であるが、円環状のものに限定されず、非円環状（たとえば、平面視が矩形状）のもの等でも良い。そして、本発明に係る加熱コイルにおいては、環状の加熱部が、異なる高さ位置において水平に配置される複数の周状加熱体を、鉛直状に配置される複数の柱状加熱体によって連結した形状を有している必要がある。また、当該環状の加熱部は、冷却用の媒体を流下させるための冷却媒体流下路が内部に形成されている必要がある。すなわち、周状加熱体および柱状加熱体が、概ね連続した筒状になっている必要がある（周状加熱体あるいは柱状加熱体の一部が筒状になっていない形状のものも含まれる）。

【0022】

そのような形状を有する環状の加熱部としては、図１（ａ）の如く、円等の環状体を３分割した形状（たとえば、円弧状）を有する上下二段に配置された周状加熱体Ｈａ，Ｈａを２本の鉛直な柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃによって連結したもの、図１（ｂ）の如く、環状体を５分割した形状を有する上下二段に配置された周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・を４本の鉛直な柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃ・・によって連結したもの、図１（ｃ）の如く、環状体を５分割した形状を有する上下三段に配置された周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・を４本の鉛直な柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃ・・によって連結したもの等を挙げることができる。なお、上記した環状の加熱部は、隣り合った周状加熱体Ｈａ，Ｈａの各端縁Ｅ，Ｅを、それぞれ、左右の支持部の先端際に連結させる態様で設けることができる。

【0023】

そして、上記の如く上下に分割された周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・を柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃ・・によって連結してなる環状の加熱部を有する加熱コイルを用いることによって、大径部と小径部とが連続した軸状の被加工物Ｗに焼き入れ加工をする際に、図２の如く、周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・が被加工物Ｗの溝肩部に近い位置で被加工物Ｗの周方向に沿って多くの磁束Ｆを発生させ続ける事態が回避される。したがって、被加工物Ｗの溝肩部に多量の渦電流Ｅが流れて溝肩部が過度に加熱されてしまう事態を効果的に防止して、被加工物Ｗの表層に均一な焼き入れを施すことが可能となる。また、本発明に係る加熱コイルは、上記の如く環状の加熱部の形状が複雑であるにも拘わらず、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法あるいは導電性物質の溶融押出積層方法によって形成されるものであるため、非常に容易に製造することができる。

【0024】

また、本発明に係る加熱コイルは、上記の如く、加熱部の内部に冷却用の媒体を流下させるための冷却媒体流下路が形成されていることが必要であるが、各接地部および各支持部の内部にも、加熱部の内部の冷却媒体流下路と連なるように、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路が形成されていると好ましい。それらの冷却媒体流下路は、左右の接地部、左右の支持部および加熱部の内部を繋ぐように設けられた単一のものでも良いし、加熱コイルの左右において、それぞれ、接地部、支持部および加熱部の内部を繋ぐように設けられた２本のものでも良い。加えて、冷却媒体流下路を、内壁に継ぎ目や所定の高さ以上（１．０ｍｍ以上）の段差のないものや、屈曲部分、連結部分がなだらかな曲線状（曲率半径が５ｍｍ以上の曲線状）に形成されたものとすると、冷却媒体の流下態様が非常にスムーズなものとなり、加熱コイルの接地部や支持部の冷却効率がきわめて良好なものとなるので好ましい。

【実施例】

【0025】

［実施例１］
＜加熱コイルの構造＞
以下、本発明に係る加熱コイルの一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図３～図６は、加熱コイルを示したものであり、加熱コイル１は、銅合金（高銅合金）によって一体的に形成されたコイル本体２１、絶縁性および耐熱性を有する合成樹脂（フッ素樹脂）によってシート状に形成された絶縁板３１、ネジ部材（図示せず）によって構成されている。そして、加熱コイル１は、縦（前後）×横（幅）×高さ＝３００ｍｍ×２２５ｍｍ×２００ｍｍ（縦、横、高さとも最大部分の長さ）の大きさを有している。

【0026】

コイル本体２１は、後述する三次元プリンタを利用した造形方法によって成形されたものであり、高周波電源の電極に当着させるための接地部２ａ，２ｂ、誘導加熱により被加工物（ワーク）を加熱するための環状の加熱部４、および、各接地部２ａ，２ｂから離れた位置で加熱部４を支持するための支持部３ａ，３ｂを有している。なお、コイル本体２１は、三次元プリンタを利用した造形方法によって成形されているため、全体が同一色を呈しており、表面全体が同じ粗度（表面粗さ）になっている。

【0027】

各接地部２ａ，２ｂは、左右一対の扁平な直方体状（板状）に形成されており、片方の側面を向かい合わせた状態で、所定の距離（約２ｍｍ）を隔てて左右に隣り合うように配置されている。また、各接地部２ａ，２ｂの上面には、それぞれ、円筒形の排水管７ａ，７ｂが上方に突出するように設けられている。

【0028】

また、各支持部３ａ，３ｂは、左右一対の扁平な直方体状（板状）に形成されており、片方の板面を向かい合わせた状態で、所定の距離（約２ｍｍ）を隔てて左右に隣り合うように配置されている。そして、各支持部３ａ，３ｂの基端縁の部分が、左右の接地部２ａ，２ｂの内側の端縁際に連なり、各支持部３ａ，３ｂの板面が、各接地部２ａ，２ｂの板面に対して直交した状態になっている。

【0029】

＜加熱部の構造＞
一方、加熱部４は、被加工物を挿入させた状態で加熱するためのものであり、上側に配置された円弧状の上周状加熱体９ａ，９ｂと下側に配置された円弧状の下周状加熱体１０ａ～１０ｃとを、それぞれ、４本の鉛直な柱状加熱体１１ａ～１１ｄによって連結した形状（繋いだ形状）を有している。そして、上周状加熱体９ａ，９ｂおよび下周状加熱体１０ａ～１０ｃの平面視がリング状（円環状）になっている。なお、下周状加熱体１０ａ，１０ｂは、内側の板面を向かい合わせた状態で、所定の距離（約２ｍｍ）を隔てて左右に隣り合うように配置されており、一つの円弧を形成した状態になっている。また、平面視において、上周状加熱体９ａ，９ｂ、下周状加熱体１０ａ，１０ｂ、下周状加熱体１０ｃが、それぞれ、約１／３の円弧を形成した状態になっている（すなわち、各上周状加熱体９ａ，９ｂは、約１／６の円弧を形成した状態になっている）。加えて、上周状加熱体９ａ，９ｂと下周状加熱体１０ａ～１０ｃとが、約２０ｍｍの距離を隔てた状態になっている。そして、各下周状加熱体１０ａ，１０ｂが、それぞれ、管状の連結体１２ａ，１２ｂを介して左右の支持部３ａ，３ｂの先端と繋がった状態になっている。

【0030】

また、上周状加熱体９ａ，９ｂ、下周状加熱体１０ａ～１０ｃとも、長手方向に対して垂直な鉛直断面の形状が（面取した角の丸い矩形状）になっている。そして、上周状加熱体９ａの上面には、外部から冷却媒体を注入するための内側注入管１３ａおよび外側注入管１３ｂが、鉛直方向に沿って上方に伸長するように設けられている。

【0031】

加えて、加熱コイル１は、加熱部４（すなわち、上周状加熱体９ａ，９ｂ、下周状加熱体１０ａ～１０ｃ、および、柱状加熱体１１ａ～１１ｄ）の内部に、冷却用の媒体（水）を流下させるための冷却媒体流下路が形成されている（すなわち、上周状加熱体９ａ，９ｂ、下周状加熱体１０ａ～１０ｃ、および、柱状加熱体１１ａ～１１ｄが筒状になっている）。また、加熱コイル１は、加熱部４のみならず、接地部２ａ，２ｂおよび支持部３ａ，３ｂの内部にも、加熱部４の内部と連なるように、冷却用の媒体を流下させるための左右２つの一連の冷却媒体流下路６ａ，６ｂが形成されている。

【0032】

すなわち、左側の冷却媒体流下路６ａは、内側注入管１３ａから上周状加熱体９ａの内部、左後方の柱状加熱体１１ａの内部、下周状加熱体１０ａの内部、連結体１２ａの内部、左側の支持部３ａの内部、左側の接地部２ａを経由して左側の排水管７ａに至っている。一方、右側の冷却媒体流下路６ｂは、外側注入管１３ｂから上周状加熱体９ａの内部、左前方の柱状加熱体１１ｂの内部、下周状加熱体１０ｃの内部、右前方の柱状加熱体１１ｃの内部、右側の上周状加熱体９ｂの内部、右後方の柱状加熱体１１ｄの内部、下周状加熱体１０ｂの内部、連結体１２ｂの内部、右側の支持部３ｂの内部、右側の接地部２ｂを経由して右側の排水管７ｂに至っている。なお、左側の冷却媒体流下路６ａ、右側の冷却媒体流下路６ｂとも、それぞれ、支持部３ａ，３ｂの内部において、一旦、３本に分岐しており（６α，６β，６γ）、それぞれ、別々に左右の接地部２ａ，２ｂの内部に導かれた後に、各接地部２ａ，２ｂの内部において１本に結束した状態になっている。

【0033】

なお、加熱コイル１は、三次元プリンタによって一体的に形成されたものであるため、左側の冷却媒体流下路６ａ、右側の冷却媒体流下路６ｂとも、すべての屈曲部分、連結部分がなだらかな曲線状（曲率半径が５ｍｍ以上の曲線状）に形成されており、急峻な折れ曲がり形状が形成されていない状態になっている。加えて、左側の冷却媒体流下路６ａ、右側の冷却媒体流下路６ｂとも、内壁に継ぎ目や所定の高さ（１．０ｍｍ）以上の段差が形成されていない状態になっている。

【0034】

さらに、コイル本体２１の左右の接地部２ａ，２ｂの間、左右の支持部３ａ，３ｂの間、加熱部４の左右の下周状加熱体１０ａ，１０ｂの間、および、左右の連結体１２ａ，１２ｂの間には、所定の厚み（約２．０ｍｍ）のシート状の絶縁板３１が挟み込まれており、その状態で、左右の支持部３ａ，３ｂおよび絶縁板３１が、ネジ孔８，８を挿通させたボルト（図示せず）によって螺着されている。なお、それらのボルトは、絶縁性・耐熱性を有する合成樹脂（ガラスエポキシ樹脂）製のブッシュ（図示せず）を介して支持部３ａ，３ｂおよび絶縁板３１を螺着した状態になっており、当該ボルトを介して支持部３ａ，３ｂ同士が導通しないようになっている。

【0035】

＜加熱コイルの製造方法＞
図７は、加熱コイル１を形成する様子を示したものであり、加熱コイル１を形成するための三次元プリンタ装置Ｍは、中央に直方体状の凹状部を形成してなるフレームＦ、そのフレームＦに対して昇降可能に設けられた昇降部材、レーザＬを照射するための照射手段Ｓ、レーザを反射させるための反射手段Ｒ、昇降部材を昇降させるための駆動手段（図示せず）等を有している。そして、昇降部材には、フレームＦの凹状部の開口部分と略同一の面積を有するテーブルＴが設けられている。

【0036】

三次元プリンタ装置Ｍにより加熱コイル１を製造する際には、まず、上昇位置にある昇降部材のテーブルＴの表面に、銅合金（高銅合金）の粉末を、所定の厚み（たとえば、３０μｍ）になるように敷設する（テーブルＴの表面とフレームＦの外枠の表面とのギャップだけ銅粉末を敷き詰める）。そして、その銅合金粉末に対して、所定の出力のレーザ（ファイバレーザ）Ｌを所定の形状に照射して銅合金粉末の一部を溶融させ、冷却して凝固させることによって、加熱コイル１の一部を形成する。

【0037】

上記の如く、加熱コイル１の一部を形成した後には、駆動手段により昇降部材のテーブルＴを所定の高さ（たとえば、３０μｍ）だけ降下させる。そして、その高さ位置において、“先に形成された加熱コイル１の一部の上側での銅合金粉末の敷設→銅合金粉末に対するレーザＬの照射→溶融した銅合金の冷却・固化（凝固による固化）”という動作を繰り返す。そして、上記の如く、“昇降部材のテーブルＴを降下→銅合金粉末の敷設→銅合金粉末に対するレーザＬの照射→溶融した銅合金の冷却・固化”という動作を、所定の回数（たとえば、５，０００回）だけ繰り返すことによって、銅合金からなる加熱コイル１を一体的に形成することができる。

【0038】

＜加熱コイルの使用方法＞
上記の如く構成された加熱コイル１は、左右の接地部２ａ，２ｂを電極に接地させ、加熱部４の環状部分（すなわち、上周状加熱体９ａ，９ｂおよび下周状加熱体１０ａ～１０ｃによって形成されるリング）の内部に被加工物を挿入させた状態で、電極を介して外部電源（高周波電源）を投入し、電磁誘導現象を利用して、被加工物を加熱することができる。また、内側注入管１３ａから冷却媒体（水）を左側の冷却媒体流下路６ａに注入して排水管７ａから排水するとともに、外側注入管１３ｂから冷却媒体を右側の冷却媒体流下路６ｂに注入して排水管７ｂから排水することで、加熱部４とともに接地部２ａ，２ｂおよび支持部３ａ，３ｂを効率的に冷却することによって、絶縁板３１の溶融による損傷等の事態を防止することができる。

【0039】

＜加熱コイルの効果＞
加熱コイル１は、上記の如く、環状の加熱部４が、異なる高さ位置において水平に配置される複数の周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・を、鉛直状に配置される複数の柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃ・・によって連結した形状を有しているため、大径部と小径部とが連続した軸状の被加工物Ｗに焼き入れ加工をする場合でも、環状の加熱部４が溝肩部に近い位置で被加工物Ｗの周方向に沿って多くの磁束を発生させ続ける事態が生じない。したがって、加熱コイル１によれば、被加工物Ｗの溝肩部に多量の電流が流れて溝肩部が過度に加熱されてしまう事態を効果的に防止することができ、被加工物Ｗの表層に均一な焼き入れを施すことができる。

【0040】

また、加熱コイル１は、三次元プリンタ装置Ｍを用いた造形方法（すなわち、三次元データに基づく導電性物質粉末層の部分溶着積層方法）によって形成されるものであるため、環状の加熱部４が複雑な形状を有しているにも拘わらず、非常に容易に製造することができる上、同一形状、同一特性を有する製品を、製造作業者の技量に左右されることなく再現性良く効率的に製造することができる。さらに、加熱コイル１は、三次元プリンタ装置Ｍを用いた造形方法によって形成されるものであるので、従来の加熱コイルのように銀ロウによる接着部分が存在しないため、連続使用により温度が上昇しても変形したりせず、長期間に亘って規格通りの加熱処理（焼入れ処理）を実施することができる。

【0041】

さらに、加熱コイル１は、環状の加熱部４が５個に分割された周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・を４本の柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃ・・によって連結したものであり、周状加熱体Ｈａ，Ｈａ・・が被加工物Ｗの周方向に適度な渦電流を発生させるとともに、柱状加熱体Ｈｃ，Ｈｃ・・が被加工物Ｗの鉛直方向に適度な渦電流を発生させるため、被加工物Ｗの溝肩部に多量の電流が流れて過度に加熱されてしまう事態を防止しつつ、被加工物Ｗに効率的に焼き入れ加工を施すことができる。

【0042】

加えて、加熱コイル１は、加熱部４の内部のみならず、各接地部２ａ，２ｂおよび各支持部３ａ，３ｂの内部にも、冷却用の媒体を流下させるための一連の冷却媒体流下路６ａ，６ｂが形成されているので、被加工物Ｗの加熱処理中に加熱部４のみならず各接地部２ａ，２ｂおよび各支持部３ａ，３ｂも同時に冷却され、長時間に亘って高温のまま保持される事態が生じない。それゆえ、加熱コイル１は、絶縁板３１の炭化・劣化に起因した絶縁破壊や特定の部分への応力集中による破損等の事態が起こらないため、耐久性に優れており、高い出力条件の下でも長期間に亘って被加工物Ｗへの加熱処理を繰り返すことができる。

【0043】

さらに、加熱コイル１は、冷却媒体流下路６ａ，６ｂから冷却媒体を排出するための排出口７ａ，７ｂが接地部２ａ，２ｂに設けられているため、高周波加熱装置の加熱コイルの装着部分を省スペースでコンパクトに設計することができる上、高周波加熱装置の本体への装着・脱着が容易である。

【0044】

また、加熱コイル１は、冷却媒体流下路６ａ，６ｂへ冷却媒体を注入するための注入口１３ａ，１３ｂが加熱部４に設けられており、最も高温になり易い加熱部４に、水源から導き入れた直後の低温の冷却媒体を供給することができるので、きわめて冷却効率に優れており、非常に高い出力で高周波電源を印可した状態で使用することが可能である。

【0045】

＜加熱コイルの変更例＞
本発明に係る加熱コイルは、上記した実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、材質や、接地部、支持部、環状の加熱部（周状加熱体、柱状加熱体）の形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

【0046】

たとえば、環状の加熱部は、上記実施形態の如く、５分割した円弧状を有する上下二段に配置された周状加熱体を４本の鉛直な柱状加熱体によって連結してなるものに限定されず、５分割した円弧状を有する周状加熱体を上下三段に配置したものや、７分割した円弧状を有する周状加熱体を上下四段に配置したもの等に変更することも可能である。また、環状の加熱部は、上記実施形態の如く、支持部の先端の左右において同一の高さで周状加熱体と連結したものに限定されず、支持部の先端の左右において異なる高さで周状加熱体と連結したものに変更することも可能である。

【0047】

さらに、本発明に係る加熱コイルは、上記実施形態の如く、複数の冷却媒体流下路が設けられたものに限定されず、単一の冷却媒体流下路が設けられたもの（たとえば、片側の注入管から同側の接地部、支持部を経由して同側の加熱部に至り、加熱部から反対側の支持部、接地部を経由して反対側の注入管に至っているもの）等に変更することも可能である。

【0048】

加えて、本発明に係る加熱コイルは、上記実施形態の如く、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ）からなる絶縁板によって一対の接地部および一対の支持部が絶縁されているものに限定されず、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の絶縁性および耐熱性を有する他の合成樹脂からなる絶縁板によって一対の接地部および一対の支持部が絶縁されているもの等に変更することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明に係る加熱コイルは、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、電磁誘導を利用して被加工物を加熱するための部材として好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0050】

１・・加熱コイル
２ａ，２ｂ・・接地部
３ａ，３ｂ・・支持部
４・・加熱部
Ｈａ・・周状加熱体
Ｈｃ・・柱状加熱体
６ａ，６ｂ・・冷却媒体流下路
７ａ，７ｂ・・排出管
１３ａ・・内側注入管
１３ｂ・・外側注入管
１４・・注入管
１５・・排出管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】