JP4187635B2 - 高周波誘導加熱コイル - Google Patents

Description

本発明は、例えば金属製ボルトの中心位置に設けられた軸方向の孔内に挿入され、高周波の誘導加熱でボルトを軸方向に熱膨張させて、例えばボルトに螺合しているナットを緩める際に好適に使用される高周波誘導加熱コイルに関する。

従来、この種の加熱コイルとしては、例えば特許文献１に開示の高周波ボルトヒータが知られている。この高周波ボルトヒータは、図５に示すように、金属製ボルトの孔内に挿入されるヘアピン状の誘導加熱コイル１０１と、このコイル１０１の往復路線１０１ａ、１０１ｂ間に設けられた磁性体１０２とで構成されると共に、コイル１０１表面に耐熱性絶縁物１０３を施すようにしたものである。
特許第２８８２９６２号公報

しかしながら、この高周波ボルトヒータ１００においては、誘導加熱コイル１０１が直線状の往路線１０１ａと復路線１０１ｂとがＵ字状に連結されたヘアピン状に形成されているため、誘導加熱コイル１０１の巻数が１ターンになると共に、往復路線１０１ａ、１０１ｂから発せられる磁束（磁力線）が所定方向に限定されて、孔の内面全周全域を均一かつ効率的に加熱することが難しい。その結果、孔の内面を所定温度まで加熱するのに時間がかかって、ボルトに締め付けられているナットの緩み作業の能率を十分に向上させることが困難であるという問題点を有している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属部材の孔の内面全周全域を均一かつ効率的に誘導加熱して、例えば金属部材を効果的に熱膨張等させ得る高周波誘導加熱コイルを提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、金属部材に形成された孔の軸方向に沿うようにそれぞれ螺旋状に延びると共に同一方向もしくは逆方向に巻回された往路側コイル部と復路側コイル部を有し、当該両コイル部は、その巻回部の外径が略同一に設定されて軸方向に重なった状態で略同一軸上に配置されると共に、その一端部が連結部で連結されることにより互いに直列接続されかつその他端部が円周方向の略同一位置から引き出されて端子板にそれぞれ固定され、前記両コイル部を前記孔内に挿入して前記端子板に高周波電源から所定の高周波電流を供給することにより、前記孔の内面を誘導加熱することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記往路側コイル部と復路側コイル部の前記巻回部に所定形状のコアが介装されていることを特徴とする。さらに、請求項３に記載の発明は、前記往路側コイル部と復路側コイル部が、前記孔の内面形状に対応した外形形状の絶縁ケース内に、該ケースに設けた突起により移動が防止されて嵌装されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、高周波誘導加熱コイルが、それぞれ螺旋状に延びて互いに直列接続された往路側コイル部及び復路側コイル部を有するため、各コイル部から発せられる磁力線の向きが所定方向に特定されることがなく、金属部材に形成された孔内面の全周全域に磁力線による渦電流が誘起され、孔内面を均一かつ効率的に誘導加熱することができて、金属部材を例えば効果的に熱膨張させることができる。また、往路側コイル部と復路側コイル部が同一方向もしくは逆方向に巻回されて、各巻回部の外径が略同一に設定されて軸方向に重なった状態で略同一軸上に配置されているため、各コイル部の巻回方向を所定に設定することで、磁力線の方向を所望に設定した所定性能の加熱コイルが容易に得られ、例えば金属部材の材質等に応じた最適性能の加熱コイルを得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、往路側コイル部と復路側コイル部の巻回部に一体形状や分割形状のコアが介装されるため、各コイル部から発せられる磁力線により、孔内面の全周全域を一層効率的に誘導加熱することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、往路側コイル部と復路側コイル部が、孔の内面形状に対応した外形形状の絶縁ケース内に該ケースに設けた突起により移動が防止されて嵌装されているため、各コイル部と孔内面の接触による電気的な短絡がなくなり、短絡による孔内面の損傷が確実に防止されると共に、加熱コイルの取り扱いが容易となって孔の加熱作業の作業性向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係わる高周波誘導加熱コイルの一実施形態を示し、図１がその斜視図、図２がその横断面図、図３が往路側コイル部と復路側コイル部の連結部の説明図である。

図１において、高周波誘導加熱コイル１（以下、単に加熱コイル１という）は、それぞれ螺旋状に所定巻数巻回された往路側コイル部２及び復路側コイル部３と、各コイル部２、３間に介装されたコア４と、各コイル部２、３の端部にロウ付け固定され装着用凹部５ａが形成された銅板等からなる一対の端子板５等を有している。

前記往路側コイル部２と復路側コイル部３は、図２に示すように、その外周面に絶縁塗料を塗布するか絶縁チューブを嵌挿させること等により絶縁処理１２が施された円形の銅パイプで形成され、端子板５から見た場合にそれぞれ同一方向の左巻となるように巻回された巻回部２ａ、３ａと、該巻回部２ａ、３ａを上下方向に連結する連結部２ｂ、３ｂとで形成されている。なお、両コイル部２、３の巻回部２ａ、３ａと連結部２ｂ、３ｂは、図１に示すように略接触する状態か、あるいは巻回部２ａ、３ａが上下方向に所定の隙間を有したり連結部２ｂ、３ｂが巻回方向に所定の隙間を有する状態で巻回されている。

また、往路側コイル部２の他方の端部である下端部と復路側コイル部３の一方の端部である下端部が、図３に示すように上下方向の連結部６で連結されることにより、両コイル部２、３が直列接続状態とされている。さらに、図１に示すように往路側コイル部２の一方の端部である上端部と、復路側コイル部３の他方の端部である上端部は、上方に向けて所定長さ延設されて略９０度屈曲され、この屈曲部が端子板５の外面にロウ付けされ、屈曲部の先端部分には両コイル部２、３内に図１の矢印イの如く冷却水を循環供給するためのホースコネクタ７がそれぞれ固定されている。

なお、図１においては、両コイル部２、３を巻回部２ａ、３ａと連結部２ｂ、３ｂで形成したが、巻回形態によっては、巻回部２ａ、３ａと連結部２ｂ、３ｂとが一体化された状態とすることもでき、この場合は、上下方向に指向した前記連結部２ｂ、３ｂが明確に存在しなくなる場合もある。

そして、このように構成された往路側コイル部２と復路側コイル部３の巻回部２ａ、３ａ内には、上下方向に棒状のコア４が介装されている。このコア４としては、各コイル部２、３の巻回部２ａ、３ａの中心部分に形成される孔内に上下方向に貫通配置される１本の円形の棒状コアか、あるいは円形もしくは矩形等の比較的長さの短い分割状態の棒状コアが、両コイル部２、３の巻回形状に応じて選択使用されると共に、コア４の両コイル部２、３への保持も、巻回強度や接着剤、保持テープ等の適宜の保持手段によって行われるようになっている。

この加熱コイル１は、次のようにして作製される。すなわち、先ず、例えば表面が絶縁処理１２された円形の銅パイプを、棒状の型の外周面に巻回させて所定長さの螺旋状のコイル素材を２本作製し、この各コイル素材の下端部を前記連結部６を形成する銅パイプの連結部材で連結する。この時、各コイル素材の巻回部２ａ、３ａが、上下方向において略同一軸上に位置するようにして下端部を連結部材で連結固定する。また、連結部材は、一方のコイル素材の端部をそのまま使用して他方のコイル素材の端部にロウ付けすることで連結しても良いし、各コイル素材とは別体で形成された連結部材の両端部を各コイル素材の端部にロウ付けして連結するようにしても良い。

一対のコイル素材の一方の端部を連結部材で連結したら、両コイル素材の他方の端部を所定形状に屈曲させて前記端子板５をロウ付けすると共に、ホースコネクタ７をロウ付けする。この端子板５やホースコネクタ７の固着により、往路側コイル部２と復路側コイル部３が形成され、この両コイル部２、３の巻回部２ａ、３ａ内にコア４を嵌挿させて適宜の保持手段で両コイル部２、３に保持させることにより、図１に示すような加熱コイル１が作製される。

なお、加熱コイル１の作製は、以上の例に限定されず、例えば所定長さの直線状のコイル素材を、その長さ方向の略中間位置で所定幅を有して折り曲げ、これを開放されている一端部側を固定した状態で、折り曲げられた他端側を所定方向に回転させて捻ることにより、螺旋状の往路側コイル部２と復路側コイル部３を同時に形成するようにしても良く、このようにすれば、加熱コイル１自体の作製が容易となって安価に形成できることなる。

そして、このように構成された加熱コイル１は、その端子板５に設けた装着用凹部５ａを、図示しない高周波電源（トランジスタインバータ装置）の出力端子に、可撓性ケーブルを介して接続された出力変成器の端子にボルト等により装着する。この状態で、出力変成器を所定位置に保持して、加熱コイル１を図示しないフランジにナットと共に取り付けられているボルトの軸方向の孔１３（図４参照）内に所定位置まで挿入して該位置に保持し、例えば出力変成器に設けた加熱スイッチ（図示せず）をオンする。

この加熱スイッチのオンにより、高周波電源が作動してその出力端子から可撓性ケーブル及び出力変成器を介して、加熱コイル１の端子板５に所定周波数で所定電力の高周波電流が供給される。端子板５に高周波電流が供給されると、これが往路側コイル部２及び復路側コイル部３を流れて両コイル部２、３から磁力線（磁束）が発生し、この磁力線により両コイル部２、３と所定の隙間を有するボルトの孔内面に渦電流が誘起されて該内面が誘導加熱される。

この時、加熱コイル１の両コイル部２、３がそれぞれ螺旋状に巻回されると共にその外形形状が略円形に形成されていることから、両コイル部２、３から発せられる磁力線が、孔内面の円周方向の全周でかつ孔内面の軸方向の全域にコア４を介して効率的に照射される（浴びせられる）状態となり、孔内面が均一に誘導加熱される。なお、加熱コイル１への高周波電流の供給と同時に、加熱コイル１のホースコネクタ７に接続されたホースから、往路側コイル部２及び復路側コイル部３内に冷却水が循環供給されて、両コイル部２、３の発熱が抑えられ、発熱による加熱効率の低下が防止されるようになっている。

そして、所定時間の高周波電流の供給によりボルトの孔内面が所定温度まで誘導加熱されると、金属製のボルトの孔の内面が軸方向に熱膨張して、ボルト自体がフランジ面から軸方向に移動する。このボルトの軸方向への熱膨張による移動で、ボルトに締め付けられているナットもフランジ面から離れる方向に移動して、ナットのボルトに対する締め付け力が軽減されてナットの回転が容易に行える。このナットを回転させてボルトをフランジから取り外すことにより、フランジ内に設けられた各種部品等の例えばメンテナンス作業が可能となる。

このように、上記実施形態の加熱コイル１にあっては、それぞれ螺旋状に延びて互いに直列状に接続された往路側コイル部２と復路側コイル部３とで形成されているため、両コイル部２、３から発せられる磁力線の向きが、従来のヘアピン状コイルのように所定方向に特定されることがなく、ボルトに形成された孔内面の全周全域に渦電流を誘起させることができて、孔内面を均一かつ効率的に誘導加熱することができる。

特に、往路側コイル部２と復路側コイル部３との間に一体形状や分割形状のコア４が介装されるため、各コイル部２、３から発せられる磁力線をコア４で集束して孔内面の全周全域に均一に照射できて、ボルトの孔内面を一層効率的に誘導加熱することができる。その結果、ボルトの孔内面を効果的に熱膨張させて、ナットをフランジ面から浮かせて簡単に緩めることができ、ナットの緩め作業、すなわちメンテナンス作業の能率向上を図ることができる。また同時に、ボルトの孔内面が均一に加熱されることから、孔内面の加熱ムラによる劣化を防止できて、ボルトを長期に亘り再使用でき、作業能率と併せメンテナンスコストの低減化を図ることも可能となる。

また、往路側コイル部２と復路側コイル部３が同一方向もしくは逆方向に巻回されて、各巻回部２ａ、３ａが略同一軸上に位置しているため、各コイル部２、３の巻回方向を所定に設定することで、磁力線の方向を所望に設定した所定性能の加熱コイル１が容易に得られ、例えばボルトの孔の大きさや深さあるいは材質等に応じた最適性能の加熱コイル１を使用することができ、ナットの緩め作業の一層の能率向上等を図ることが可能となる。

さらに、加熱コイル１の両コイル部２、３が、絶縁処理１２された銅パイプを上下方向に略接触状態で巻回すると共に、両コイル部２、３の巻回部２ａ、３ａにコア４が嵌挿されて保持されているため、両コイル部２、３の外形形状を安定化できて、孔内面との間に略一定の間隔を得てより一層均一な誘導加熱が可能になると共に、加熱コイル１自体を孔内に簡単に挿入セットできる等、加熱コイル１自体の取り扱いを容易に行うことができて、メンテナンス作業の一層の能率向上を図ることが可能となる。

なお、上記実施形態においては、加熱コイル１の両コイル部２、３を外部に略露出する状態で設けたが、例えば図４に示すように、両コイル部２、３を絶縁ケースとしての筒状ケース８内に嵌装状態とすることもできる。すなわち、例えば塩ビパイプ等の絶縁性の筒状ケース８内に、図では模式的に示す往路側コイル部２と復路側コイル部３を嵌挿し、筒状ケース８の上下の開口端に両コイル部２、３を所定位置に保持し得る蓋体９、１０を取り付ける。

この時、下部の蓋体１０に、両コイル部２、３の最下端の巻回部２ａ、３ａの孔内に嵌入する突起１０ａを設けたり、上部の蓋体９に両コイル部２、３の上端部が挿通する孔９ａを設け、両コイル部２、３の筒状ケース８に対する位置決めを行ったり、筒状ケース８内の所定位置にリング状等の突起１１を設けて、両コイル部２、３の筒状ケース８内における移動等を防止する。

このように構成しても、ボルトの孔１３内面を均一かつ効率的に誘導加熱できる等、上記実施形態の加熱コイル１と同様の作用効果が得られる他に、加熱コイル１の外形寸法ｄ１が筒状ケース８によって一定となるため、例えばボルトの孔１３の内径ｄ２に対する両コイル部２、３の外形寸法ｄ１を高精度に設定することができて、孔１３内面を一層均一に誘導加熱できる。また、両コイル部２、３が筒状ケース８で完全に絶縁状態となるため、誘導加熱時の両コイル部２、３と孔１３内面の接触による電気的な短絡がなくなり、短絡による孔１３内面の損傷が確実に防止されたり、加熱コイル１の孔１３へのセット作業が簡単となり、ナット緩め作業の能率の一層の向上が図れることになる。

ところでこの実施形態の場合、筒状ケース８の外形寸法ｄ１を、ボルトの孔１３の内径ｄ２に応じて複数種類準備することにより、各種のボルトに適用することができる。また、筒状ケース８の外形寸法ｄ１は、孔１３の内径ｄ２より僅かに小さく設定することが好ましいが、略同一に設定すれば、両コイル部２、３の外周面と孔１３内面とを全周全域において、間隔を一層均一に設定できることになる。また、この実施形態において、筒状ケース８内に絶縁性の樹脂を充填して固化させるようにして、両コイル部２、３の位置を一層安定させたり、両コイル部２、３の巻回部２ａ、３ａ間の短絡防止を確実に図るようにしても良い。

なお、上記各実施形態における加熱コイル１の両コイル部２、３の形状、巻回数、絶縁処理方法、両コイル部２、３とコア４との配置構造や保持構造等は一例であって、例えばボルトの孔の内径や深さ、ボルトの材質等に応じ、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。

本発明は、金属製ボルトの孔を加熱してボルトを熱膨張させてナットを緩める場合に限らず、金属部材の孔内面を加熱して例えば焼き入れ、焼き鈍し等の適宜の加熱処理をする場合にも適用できる。

本発明に係わる高周波誘導加熱コイルの一実施形態を示す斜視図 同その横断面図 同往路側コイル部と復路側コイル部の連結部の説明図 本発明に係わる高周波誘導加熱コイルの他の実施形態を示す概略縦断面図 従来の高周波ボルトヒータの側面図

符号の説明

１・・・高周波誘導加熱コイル、２・・・往路側コイル部、２ａ・・・巻回部、２ｂ・・・連結部、３・・・復路側コイル部、３ａ・・・巻回部、３ｂ・・・連結部、４・・・コア、５・・・端子板、５ａ・・・装着用凹部、６・・・連結部、７・・・ホースコネクタ、８・・・筒状ケース、９・・・蓋体、９ａ・・・孔、１０・・・蓋体、１０ａ・・・突起、１１・・・突起、１２・・・絶縁処理、１３・・・孔。

Claims (3)

1. 金属部材に形成された孔の軸方向に沿うようにそれぞれ螺旋状に延びると共に同一方向もしくは逆方向に巻回された往路側コイル部と復路側コイル部を有し、当該両コイル部は、その巻回部の外径が略同一に設定されて軸方向に重なった状態で略同一軸上に配置されると共に、その一端部が連結部で連結されることにより互いに直列接続されかつその他端部が円周方向の略同一位置から引き出されて端子板にそれぞれ固定され、前記両コイル部を前記孔内に挿入して前記端子板に高周波電源から所定の高周波電流を供給することにより、前記孔の内面を誘導加熱することを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
2. 前記往路側コイル部と復路側コイル部の前記巻回部に所定形状のコアが介装されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱コイル。
3. 前記往路側コイル部と復路側コイル部が、前記孔の内面形状に対応した外形形状の絶縁ケース内に、該ケースに設けた突起により移動が防止されて嵌装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波誘導加熱コイル。
   

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