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JP7689379B2 - Heating coil for high frequency heating device - Google Patents
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JP7689379B2 - Heating coil for high frequency heating device - Google Patents

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Description

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。 The present invention relates to a heating coil used in a high-frequency heating device for heating a workpiece by using electromagnetic induction caused by a high-frequency current.

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。そして、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で環状の部材(加熱コイル)を被加工物の表面に近接させて、電磁誘導により発生した熱によって被加工物を加熱する方法が広く採用されている(特許文献1)。 To increase the hardness of the surface of a metal workpiece, the surface of the workpiece is heated to a temperature equal to or higher than the transformation point of the metal (austenite transformation point) and then rapidly cooled (a process known as quenching). A widely used method for quenching is to use a high-frequency heating device to bring a metal ring-shaped member (heating coil) through which a high-frequency current flows close to the surface of the workpiece, and to heat the workpiece with heat generated by electromagnetic induction (Patent Document 1).

特開2020-115428号公報JP 2020-115428 A

しかしながら、特許文献1の如き金属製で環状の加熱コイルを用いて被加工物の焼き入れ加工を行う場合には、被加工物に外向きの凸状に角張った部分が存在すると、その部分のみが過度に加熱されてしまい、当該部分の結晶粒度が大きくなって耐衝撃性等の機械的強度が低下する事態を誘発してしまう。また、特許文献1の如き従来の加熱コイルは、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加する加工条件で)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、特許文献1の如き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。 However, when a workpiece is hardened using a metal, annular heating coil as in Patent Document 1, if the workpiece has an outwardly convex, angular part, only that part will be overheated, causing the grain size of that part to increase and resulting in a decrease in mechanical strength such as impact resistance. In addition, since conventional heating coils such as those in Patent Document 1 must be formed by bonding multiple parts with silver solder or the like, they are prone to breakage and leakage of cooling medium if used continuously under high output conditions (processing conditions in which a high-voltage high-frequency power source is applied). Furthermore, since conventional heating coils such as those in Patent Document 1 must be formed by soldering multiple parts, it is difficult to reproducibly manufacture coils with the same characteristics during manufacturing, which causes variations in the quality of the heated workpiece.

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、被加工物に外向きの凸状に角張った部分が存在する場合でも、その部分のみが過度に加熱される事態を効果的に防止して、被加工物の機械的強度が低下する事態を生じさせず、高周波電源の出力を高くした場合でも、破損しにくい上、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。 The object of the present invention is to provide a heating coil for a high-frequency heating device that solves the problems of the conventional heating coils for high-frequency heating treatment described above, effectively prevents the workpiece from being overheated even when it has an outwardly convex angular part, prevents the mechanical strength of the workpiece from being reduced, is less likely to break even when the output of the high-frequency power source is increased, and can be easily and inexpensively manufactured to have the same characteristics with good reproducibility during manufacturing.

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、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周状の加熱部とを有しており、前記加熱部が、上側周状体と下側周状体とを中心軸を合わせて所定の隙間を隔てて上下に併設した形状を有するものであり、前記上側周状体に、水を流下させるための冷却媒体流下路が設けられているとともに、前記下側周状体に、気体を流下させるための気体流下路が設けられており、その気体流下路に、被加工物に対して気体を噴射するための複数の気体噴射孔が、前記下側周状体の中心軸に対して所定の角度で傾斜するように設けられていることを特徴とするものである。 Among the present inventions, the invention described in claim 1 is a heating coil used in a high-frequency heating device for heating a workpiece by utilizing electromagnetic induction by high-frequency current, the heating coil having a pair of plate-shaped grounding portions for contacting an electrode through which high-frequency current is passed, a pair of plate-shaped support portions arranged perpendicular to each of the grounding portions, and a circumferential heating portion arranged to connect the tips of the support portions, the heating portion having a shape in which an upper peripheral body and a lower peripheral body are arranged side by side above and below with their central axes aligned and a predetermined gap between them, the upper peripheral body being provided with a cooling medium flow down passage for allowing water to flow down, and the lower peripheral body being provided with a gas flow down passage for allowing gas to flow down, the gas flow down passage having a plurality of gas injection holes for injecting gas onto the workpiece and arranged so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the central axis of the lower peripheral body .

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、前記気体流下路が、前記下側周状体内に形成された冷却媒体流下路内に、二重管状に形成されたものであることを特徴とするものである。 The invention described in claim 2 is the invention described in claim 1, characterized in that the gas flow down passage is formed in a double-tube shape within a cooling medium flow down passage formed in the lower peripheral body .

請求項3に記載された発明は、請求項1に記載の高周波加熱装置用の加熱コイルの製造方法であって、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)、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(以下、導電性物質の溶融押出積層方法という)を用いて前記高周波加熱装置用の加熱コイルを一体的に形成することを特徴とするものである。 The invention described in claim 3 is a manufacturing method for a heating coil for a high-frequency heating device described in claim 1, characterized in that the heating coil for the high-frequency heating device is integrally formed using a molding method in which powder of a conductive material is repeatedly laid, melted, solidified, and stacked based on three-dimensional data (hereinafter referred to as a partial deposition stacking method of a conductive material powder layer), or a molding method in which molten conductive material is stacked based on three-dimensional data (hereinafter referred to as a melt extrusion stacking method of a conductive material) .

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、被加工物に対して気体を噴射するための気体噴射孔が加熱部に形成されているため、ガス注入管からガス(窒素等を)注入し、ガス噴射孔から被加工物にガスを噴射することによって、被加工物の特定の部分(たとえば、外向きの凸状に角張った部分)を急速に冷却して過度な加熱を回避することができる。したがって、請求項1に記載の加熱コイルによれば、被加工物の特定の部分の結晶粒度が大きくなって耐衝撃性等の機械的強度が低下してしまう事態を、効果的に防止することができる。 The heating coil for a high-frequency heating device described in claim 1 (hereinafter simply referred to as the heating coil) has a gas injection hole formed in the heating section for injecting gas into the workpiece, so that by injecting gas (such as nitrogen) from the gas injection tube and injecting the gas into the workpiece from the gas injection hole, it is possible to rapidly cool a specific part of the workpiece (for example, an outwardly convex angular part) and avoid excessive heating. Therefore, according to the heating coil described in claim 1, it is possible to effectively prevent a situation in which the crystal grain size of a specific part of the workpiece becomes large and mechanical strength such as impact resistance decreases.

また、請求項3に記載の製造方法によって製造される加熱コイルは、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ため、周状の加熱部が気体噴射孔を設けた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3に記載の製造方法によって製造される加熱コイルは、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。 In addition, the heating coil manufactured by the manufacturing method described in claim 3 is formed by a method of partial welding and laminating a conductive powder layer based on three-dimensional data or a method of melt extrusion lamination of a conductive material, so that even though the circumferential heating part has a complex shape with gas injection holes, it can be manufactured cheaply and very easily, and products having the same shape and the same characteristics can be efficiently manufactured with good reproducibility regardless of the skill of the manufacturing worker. Furthermore, since the heating coil manufactured by the manufacturing method described in claim 3 is formed by a method of partial welding and laminating a conductive powder layer based on three-dimensional data or a method of melt extrusion lamination of a conductive material, there is no adhesive part by silver brazing as in the conventional heating coil, so it does not deform even if the temperature rises due to continuous use, and it can be subjected to heating treatment (quenching treatment) according to the standard for a long period of time.

請求項2に記載の加熱コイルは、気体噴射孔へ気体を導くための気体流下路が加熱部内に形成された冷却媒体流下路の内部に二重管状に形成されているため、冷却媒体流下路中の冷却媒体によって気体流下路内のガスを低温に保った状態で被加工物に噴射することができるので、被加工物の特定の部分を、より効率的に冷却することができる。 The heating coil described in claim 2 has a gas downflow passage for guiding gas to the gas injection hole, which is formed in a double-tube shape inside the cooling medium downflow passage formed in the heating section. Therefore, the gas in the gas downflow passage can be kept at a low temperature by the cooling medium in the cooling medium downflow passage when it is injected onto the workpiece, so that a specific part of the workpiece can be cooled more efficiently.

加熱コイルを、気体噴射孔から噴射される気体が、被加工物の凸状の稜線に向けて吹き付けられるように構成した場合には、被加工物の凸状に角張った部分を非常に効果的に冷却することが可能であるため、被加工物の特定の部分の結晶粒度が大きくなって機械的強度が低下する事態をきわめて効果的に防止することができる。 If the heating coil is configured so that the gas injected from the gas injection holes is blown toward the convex ridges of the workpiece, it is possible to very effectively cool the convex angular parts of the workpiece, thereby extremely effectively preventing the crystal grain size in a particular part of the workpiece from becoming large, thereby reducing its mechanical strength.

加熱コイルの斜視図である。FIG. 加熱コイルの平面図である。FIG. 加熱コイルの左側面図である。FIG. 加熱コイルの右側面図である。FIG. 加熱コイルの正面図である。FIG. 加熱コイルの鉛直断面図(図2におけるA-A線断面図)である。3 is a vertical cross-sectional view of the heating coil (cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2). 加熱コイルの鉛直断面図(図2におけるB-B線断面図)である。3 is a vertical cross-sectional view of the heating coil (cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2). 加熱コイルの接地部の鉛直断面図(図2におけるC-C線断面図)である。3 is a vertical cross-sectional view of the grounding portion of the heating coil (cross-sectional view taken along line CC in FIG. 2 ). 加熱コイルの加熱部の鉛直断面図である(aは図2におけるD-D線断面図であり、bはaにおけるE部分の拡大図である)。3A and 3B are vertical cross-sectional views of a heating portion of a heating coil (a is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 2, and b is an enlarged view of part E in a). 加熱部の水平断面図(図5におけるF-F線断面図)である。FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view of the heating part (cross-sectional view taken along line FF in FIG. 5). 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)。1A and 1B are explanatory views showing a process for manufacturing a heating coil (a is a plan view, and b is a vertical cross-sectional view). 加熱コイルの使用状態を示す説明図(加熱部の鉛直断面図)である。FIG. 4 is an explanatory diagram (vertical cross-sectional view of the heating unit) showing a state in which a heating coil is used.

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。 The heating coil according to the present invention must be integrally formed by a modeling method based on three-dimensional data using a three-dimensional printer. Such a modeling method can be a modeling method in which powder made of a conductive material is repeatedly laid, melted, solidified, and layered based on three-dimensional data (a method for partially fusing and laminating a conductive material powder layer), or a modeling method in which a molten conductive material is layered based on three-dimensional data (a method for melt extrusion lamination of a conductive material). Note that using a method for partially fusing and laminating a conductive material powder layer as a modeling method for a heating coil is preferable because it makes it possible to easily manufacture a heating coil having a complex shape and structure.

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。 The conductive material used as the raw material for shaping in this invention refers to a material that is substantially non-magnetic and has good electrical conductivity. Examples of such conductive materials include copper, brass, and silver. Among these conductive materials, the use of copper is preferable because it allows for a reduction in material costs, etc., and makes it possible to inexpensively and easily manufacture heating coils using a three-dimensional printer. In addition, copper has extremely good electrical conductivity and is highly efficient at generating heat through electromagnetic induction.

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。 In addition, when copper is used as the conductive material, it is possible to use pure copper, but it is preferable to use an alloy (high copper alloy) in which copper contains iron, tin, nickel, titanium, beryllium, zirconium, chromium, silicon, etc. in a smaller proportion than copper, because this increases the absorption of the laser and promotes the rise in temperature. Furthermore, among these copper alloys, it is more preferable to use a copper-chromium alloy in which copper contains chromium, because this effectively increases the strength of the heating coil while maintaining high manufacturing efficiency using a three-dimensional printer, and it is particularly preferable to use an alloy in which copper contains chromium and zirconium in a specified proportion (for example, an alloy containing 98.71 to 99.45 mass% copper, 0.50 to 1.00 mass% chromium, and 0.05 to 0.25 mass% zirconium (high copper alloy), etc.).

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。 When forming the heating coil of the present invention using the method for partially fusing and laminating conductive powder layers, it is necessary to melt the laid raw material (i.e., powder made of conductive material) by irradiating it with a laser or electron beam. As the laser, a semiconductor laser, a carbon dioxide gas laser, an excimer laser, a YAG laser, a fiber laser, etc. can be suitably used, but the use of a fiber laser (i.e., a laser using an optical fiber doped with a rare earth element such as Yb as a laser medium) is preferable because it is possible to obtain laser light with high output and no deviation in the optical axis using a small device, and it is possible to very efficiently manufacture heating coils with high dimensional accuracy.

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。 In addition, when forming a heating coil using the partial deposition lamination method of conductive material powder layers, the output and wavelength of the fiber laser are not particularly limited, but it is preferable to adjust the output to within the range of 400 to 1,000 W and the wavelength to within the range of 1,000 to 1,100 nm, as this allows for efficient forming in a short time. In addition, when copper (pure copper) is used as the conductive material, it is also possible to add an absorbent made of a mixed powder of graphite and inorganic oxide to the copper powder in order to improve the laser absorptivity of the copper powder and increase the manufacturing efficiency of the heating coil.

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周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、電力印加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。 The heating coil according to the present invention must have a pair of plate-shaped grounding parts for contacting the electrodes through which high-frequency current is passed, a pair of plate-shaped support parts arranged perpendicular to each of the grounding parts, and a circumferential heating part provided to connect the tips of the support parts. The shape of each support part is not particularly limited as long as it is a pair of plate-shaped (or rod-shaped) parts arranged perpendicular to each of the grounding parts, but it is preferable that the corners are chamfered to prevent discharge phenomena from occurring when power is applied.

一方、加熱部は、一連の周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、平面視が矩形のリング状)のもの、円環の一部を成す形状(すなわち、円弧状)のもの、矩形あるいは多角形状のリングの一部を成す形状のもの等でも良い。加えて、上下に配置された複数の円環状体、非円環状体(平面視が矩形のリング状体等)、円弧状体、矩形あるいは多角形状のリングの一部を成す形状体を、1本あるいは複数本の鉛直な柱状体等で連結した形状を有するもの等でも良い。 On the other hand, the heating section needs to be formed in a continuous circumferential shape, but is not limited to a circular shape, and may be a non-circular shape (for example, a rectangular ring shape in plan view), a shape that forms part of a ring (i.e., an arc shape), a shape that forms part of a rectangular or polygonal ring, etc. In addition, it may have a shape in which multiple circular bodies arranged above and below, non-circular bodies (such as a rectangular ring shape in plan view), arc bodies, and bodies that form part of a rectangular or polygonal ring are connected by one or more vertical pillars, etc.

そして、本発明に係る加熱コイルにおいては、その周状の加熱部に、被加工物に対して気体を噴射するための気体噴射孔が形成されていることが必要である。当該気体噴射孔から被加工物に対して噴射する気体としては、エア、窒素ガス、焼き入れ冷却剤のミスト等を好適に利用することができる。そのように、周状の加熱部に気体噴射孔を形成し、その気体噴射孔から被加工物に冷却用のガスを噴射することによって、被加工物の特定の部分(たとえば、外向きの凸状に角張った部分)を急速に冷却して過度な加熱を回避することが可能となる。 The heating coil according to the present invention requires that the circumferential heating portion has gas injection holes formed therein for injecting gas at the workpiece. The gas to be injected from the gas injection holes at the workpiece can be air, nitrogen gas, a mist of quenching coolant, or the like. In this way, by forming gas injection holes in the circumferential heating portion and injecting cooling gas from the gas injection holes at the workpiece, it is possible to rapidly cool a specific portion of the workpiece (for example, an outwardly convex angular portion) and avoid excessive heating.

また、周状の加熱部は、加熱後の被加工物の冷却や加熱部自体の冷却を行うための冷却媒体流下路を設けたものであると好ましい。さらに、当該冷却媒体流下路には、加熱後の被加工物に冷却媒体を噴射するための複数の噴射孔を設けることも可能である。そのような噴射孔を設けることによって、加熱後の被加工物の冷却効率を一層向上させることが可能となる。 It is also preferable that the circumferential heating section is provided with a cooling medium flow passage for cooling the workpiece after heating and for cooling the heating section itself. Furthermore, the cooling medium flow passage can be provided with multiple injection holes for injecting the cooling medium onto the workpiece after heating. By providing such injection holes, it is possible to further improve the cooling efficiency of the workpiece after heating.

加えて、本発明に係る加熱コイルは、各支持部の内部、あるいは、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を形成したものであると好ましい。当該冷却媒体流下路は、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、加熱コイルの加熱部、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。 In addition, the heating coil according to the present invention is preferably provided with a series of cooling medium flow-down paths for flowing the cooling medium down inside each support part, or inside each ground part and each support part, so as to connect with the cooling medium flow-down path inside the heating part. The cooling medium flow-down path may be a single one provided to connect the left and right ground parts, the left and right support parts, and the inside of the heating part, or two cooling medium flow-down paths provided on the left and right sides of the heating coil to connect the ground parts, the support parts, and the inside of the heating part, respectively. In addition, if the cooling medium flow-down path has no seams or steps of a predetermined height or more (1.0 mm or more) on the inner wall, or the bent parts and connecting parts are formed in a gentle curve (curved with a radius of curvature of 5 mm or more), the cooling medium will flow down very smoothly, and the cooling efficiency of the heating parts, ground parts, and supports of the heating coil will be extremely good, which is preferable.

本発明に係る加熱コイルは、上記の如く、周状の加熱部に気体噴射孔が形成されており、周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。 As described above, the heating coil according to the present invention has gas injection holes formed in the circumferential heating portion, and although the shape of the circumferential heating portion is complex, it can be manufactured very easily because it is formed by a method of partial deposition lamination of conductive powder layers based on three-dimensional data or a method of melt extrusion lamination of conductive materials.

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。 Below, one embodiment of the heating coil according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[実施例1]
<加熱コイルの構造>
図1~図10は、実施例1の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5、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(図示せず)、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×150mm×100mm(縦、横、高さとも最大部分の長さ)の大きさを有している。
[Example 1]
<Heating coil structure>
1 to 10 show the heating coil of Example 1, and the heating coil 1 is composed of a coil body 5 integrally formed from a copper alloy (high copper alloy), an insulating plate (not shown) formed in a sheet shape from a synthetic resin (fluororesin) having insulating properties and heat resistance, and a screw member (not shown). The heating coil 1 has a size of length (front to back) x width (width) x height = 300 mm x 150 mm x 100 mm (the length of the maximum part of the length, width, and height).

コイル本体5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)を加熱するための周状の加熱部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。また、加熱部4は、上側周状体15と下側周状体16とに分割されている。そして、左側の支持部3aが上側周状体15を支持し、右側の支持部3bが下側周状体16を支持した状態になっている。なお、コイル本体5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。 The coil body 5 is formed by a modeling method using a three-dimensional printer, which will be described later, and has grounding parts 2a, 2b for contacting the electrodes of a high-frequency power source, a circumferential heating part 4 for heating the workpiece (workpiece) by induction heating, and support parts 3a, 3b for supporting the heating part 4 at a position away from the grounding parts 2a, 2b. The heating part 4 is divided into an upper circumferential body 15 and a lower circumferential body 16. The left support part 3a supports the upper circumferential body 15, and the right support part 3b supports the lower circumferential body 16. Since the coil body 5 is formed by a modeling method using a three-dimensional printer, the entire body is the same color, and the entire surface has the same roughness (surface roughness).

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、図8の如く、左側の各接地部2aの内部には、冷却用の媒体(水等)を流下させるための冷却媒体流下路10aが形成されており、先端側の部分が二股状に分離して、上側流下路10αと下側流下路10βとを形成した状態になっている。同様に、右側の接地部2bの内部にも、冷却用の媒体を流下させるための冷却媒体流下路10bが形成されており、先端側の部分が二股状に分離して、上側流下路10γと下側流下路10δとを形成した状態になっている。また、各接地部2a,2bの上面には、それぞれ、円筒形の排出管7a,7bが上方に突出するように設けられており、それぞれ、冷却媒体流下路10a、冷却媒体流下路10bと連通した状態になっている。 Each grounding portion 2a, 2b is formed as a pair of flat rectangular parallelepipeds (plates) on the left and right, and is arranged so that one side faces the other and is adjacent to the left and right at a predetermined distance (about 2 mm). Also, as shown in FIG. 8, inside each grounding portion 2a on the left side, a cooling medium flow path 10a for flowing down a cooling medium (water, etc.) is formed, and the tip side portion is divided into two parts to form an upper flow path 10α and a lower flow path 10β. Similarly, inside the grounding portion 2b on the right side, a cooling medium flow path 10b for flowing down a cooling medium is formed, and the tip side portion is divided into two parts to form an upper flow path 10γ and a lower flow path 10δ. In addition, cylindrical exhaust pipes 7a and 7b are provided on the upper surface of each grounding portion 2a and 2b, respectively, so as to protrude upward, and are connected to the cooling medium flow path 10a and the cooling medium flow path 10b, respectively.

また、左側の支持部3aは、基端側が扁平な直方体状に形成されており、先端側が基端側に比べて上下幅の狭い扁平な直方体状に形成されている。そして、左側の支持部3aは、左側の接地部2aと、加熱部4の上側周状体15とを繋いだ状態になっている。また、左側の支持部3aの内部には、冷却用の媒体を流下させるための縦長な楕円状の断面を有する上側冷却媒体流下路11と、上側冷却媒体流下路11より狭幅で縦長な楕円状の断面を有する下側冷却媒体流下路12とが上下に平行に設けられている。そして、それらの上側冷却媒体流下路11、下側冷却媒体流下路12の基端が、それぞれ、接地板2aの上側流下路10α、下側流下路10βと連通した状態になっている。 The left support part 3a is formed in a flat rectangular parallelepiped shape at the base end, and the tip end is formed in a flat rectangular parallelepiped shape with a narrower vertical width than the base end. The left support part 3a connects the left ground part 2a and the upper circumferential body 15 of the heating part 4. Inside the left support part 3a, an upper cooling medium flow passage 11 with a vertically elongated elliptical cross section for allowing the cooling medium to flow down, and a lower cooling medium flow passage 12 with a vertically elongated elliptical cross section narrower than the upper cooling medium flow passage 11 are provided in parallel vertically. The base ends of the upper cooling medium flow passage 11 and the lower cooling medium flow passage 12 are connected to the upper flow passage 10α and the lower flow passage 10β of the ground plate 2a, respectively.

一方、右側の支持部3bは、基端側が左側の支持部3aと同じ上下幅の扁平な直方体状に形成されており、先端側が加熱部4の下側周状体16と同じ上下幅の扁平な直方体状に形成されている。そして、右側の接地部2bと、加熱部4の下側周状体16とを繋いだ状態になっている。また、右側の支持部3aの内部には、冷却用の媒体を流下させるための縦長な楕円状の断面を有する上側冷却媒体流下路13と、上側冷却媒体流下路13より狭幅で縦長な楕円状の断面を有する下側冷却媒体流下路14とが上下に平行に設けられている。そして、それらの上側冷却媒体流下路13、下側冷却媒体流下路14の基端が、それぞれ、接地板2bの上側流下路10γ、下側流下路10δと連通した状態になっている。 On the other hand, the right support part 3b has a base end formed in a flat rectangular parallelepiped shape with the same vertical width as the left support part 3a, and a tip end formed in a flat rectangular parallelepiped shape with the same vertical width as the lower circumferential body 16 of the heating part 4. The right ground part 2b and the lower circumferential body 16 of the heating part 4 are connected to each other. Inside the right support part 3a, an upper cooling medium flow passage 13 with a vertically elongated elliptical cross section for flowing the cooling medium down, and a lower cooling medium flow passage 14 with a narrower vertically elongated elliptical cross section than the upper cooling medium flow passage 13 are provided in parallel above and below. The base ends of the upper cooling medium flow passage 13 and the lower cooling medium flow passage 14 are connected to the upper flow passage 10γ and the lower flow passage 10δ of the ground plate 2b, respectively.

上記した左右の支持部3a,3bは、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。 The left and right support parts 3a, 3b are arranged next to each other on the left and right with one plate surface facing each other and a specified distance (approximately 2 mm) between them. The base edge of each support part 3a, 3b is connected to the inner edge of the left and right grounding parts 2a, 2b, and the plate surface of each support part 3a, 3b is perpendicular to the plate surface of each grounding part 2a, 2b.

<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(近接させた状態)で加熱するためのものであり、同一の外径を有する上側周状体15と下側周状体16とを中心軸を合わせて上下に併設した形状を有している。上側周状体15は、肉厚な円筒状(基端において左右に分離した円筒状)に形成されており、内部が冷却用の媒体を流下させるための冷却媒体流下路17として機能するようになっている。なお、上側周状体15の内周には、所定の上下幅の突起体18が、内側へ突出するように周状に設けられている。
<Heating section structure>
On the other hand, the heating section 4 is for heating the workpiece inserted (close to the workpiece), and has an upper circumferential body 15 and a lower circumferential body 16 having the same outer diameter arranged vertically with their central axes aligned. The upper circumferential body 15 is formed in a thick cylindrical shape (a cylindrical shape separated into left and right at the base end), and its inside functions as a cooling medium flow-down passage 17 for allowing the cooling medium to flow downward. A protrusion 18 of a predetermined vertical width is provided around the inner circumference of the upper circumferential body 15 so as to protrude inward.

さらに、上側周状体15は、基端側の部分が左右に分割されており、左側の部分は、支持部3aの先端につながっている。また、分離した右側の部分は、一定の上下幅の直方体状に形成された配管支持体19に接続されている。そして、その配管支持体19の板面が、支持部3aと平行になっている(すなわち、支持部3bと面一になっている)。加えて、配管支持体19の内部には、冷却媒体流下路17と連通するように、冷却媒体流下路20が形成されている。さらに、配管支持体19は、注入管9bが板面に直交するように設けられており、冷却媒体流下路20と連通した状態になっている。 The upper peripheral body 15 is divided into a left and right portion at the base end, with the left portion connected to the tip of the support portion 3a. The separated right portion is connected to a pipe support 19 formed in a rectangular parallelepiped shape with a constant vertical width. The plate surface of the pipe support 19 is parallel to the support portion 3a (i.e., flush with the support portion 3b). In addition, a cooling medium flow path 20 is formed inside the pipe support 19 so as to communicate with the cooling medium flow path 17. Furthermore, the pipe support 19 has an injection pipe 9b arranged perpendicular to the plate surface, and is in communication with the cooling medium flow path 20.

また、下側周状体16は、扁平で肉厚な円筒状に形成されており、内部が、冷却用の媒体を流下させるための冷却媒体流下路21として機能するようになっている。また、当該却媒体流下路21の内部には、被加工物の冷却用のガス(窒素等)を流下させるための気体流下路22が形成されている。すなわち、下側周状体16の内部は、二重管構造になっており、気体流下路22の内部が、冷却媒体流下路21の内部から独立した状態になっている。なお、気体流下路22は、内外の側壁23a,23bが下側周状体16の中心軸に対して所定の角度(約45°)で傾斜した状態になっており、断面が平行四辺形状になっている。また、冷却媒体流下路21の上板(天板)が、気体流下路22の上板を兼ねた状態になっている。さらに、下側周状体16には、外部から気体流下路22へガスを注入するための3つのガス注入管24,24・・が放射状に設けられている。そして、各ガス注入管24,24・・が、下側周状体16の外周の下端際の前方、および、左右から外側へ突出した状態になっている。 The lower circumferential body 16 is formed in a flat, thick cylindrical shape, and its inside functions as a cooling medium flow path 21 for flowing down the cooling medium. The inside of the cooling medium flow path 21 is formed with a gas flow path 22 for flowing down the gas (nitrogen, etc.) for cooling the workpiece. That is, the inside of the lower circumferential body 16 has a double-tube structure, and the inside of the gas flow path 22 is independent from the inside of the cooling medium flow path 21. The gas flow path 22 has inner and outer side walls 23a, 23b inclined at a predetermined angle (about 45°) with respect to the central axis of the lower circumferential body 16, and has a parallelogram cross section. The upper plate (top plate) of the cooling medium flow path 21 also serves as the upper plate of the gas flow path 22. Furthermore, three gas injection pipes 24, 24... are radially provided on the lower circumferential body 16 for injecting gas from the outside into the gas flow path 22. Each gas injection pipe 24, 24... protrudes outward from the front, left and right sides at the bottom end of the outer periphery of the lower circumferential body 16.

また、冷却媒体流下路21の上板(すなわち、下側周状体16の上面)には、被加工物へガスを噴射するための12個のガス噴射孔25,25・・が、同一円周上に等間隔に穿設されている(図10参照)。それらのガス噴射孔25,25・・は、下側周状体16の中心軸に対して所定の角度(約45°)で傾斜するように円柱状に穿設されている(図9参照)。また、各ガス噴射孔25,25・・は、下側周状体16の中心軸に対して放射状に配置された状態になっている。そして、それらのガス噴射孔25,25・・の中心軸Cから気体流下路22の内外の側壁23a,23bまでの長さが等しくなっている。 Twelve gas injection holes 25, 25... for injecting gas to the workpiece are drilled at equal intervals on the same circumference in the upper plate of the cooling medium flow down passage 21 (i.e., the upper surface of the lower circumferential body 16) (see FIG. 10). The gas injection holes 25, 25... are drilled cylindrically so as to be inclined at a predetermined angle (about 45°) with respect to the central axis of the lower circumferential body 16 (see FIG. 9). The gas injection holes 25, 25... are arranged radially with respect to the central axis of the lower circumferential body 16. The lengths from the central axis C of the gas injection holes 25, 25... to the inner and outer side walls 23a, 23b of the gas flow down passage 22 are equal.

さらに、下側周状体16は、基端側の部分が左右に分割されており、右側の部分は、支持部3bの先端につながっている。また、分離した左側の部分は、下側周状体16と同じ上下幅の直方体状に形成された配管支持体26に接続されている。そして、その配管支持体26の板面が、支持部3bと平行になっている(すなわち、支持部3aと面一になっている)。加えて、配管支持体26の内部には、冷却媒体流下路21と連通するように、冷却媒体流下路27が形成されている。さらに、配管支持体26には、注入管9aが板面に直交するように設けられており、冷却媒体流下路27と連通した状態になっている。
Furthermore, the lower circumferential body 16 is divided into a left and right part at the base end side, and the right part is connected to the tip of the support part 3b. The separated left part is connected to a pipe support 26 formed in a rectangular parallelepiped shape with the same vertical width as the lower circumferential body 16. The plate surface of the pipe support 26 is parallel to the support part 3b (i.e., it is flush with the support part 3a). In addition, a cooling medium flow-down passage 27 is formed inside the pipe support 26 so as to communicate with the cooling medium flow-down passage 21. Furthermore, an injection pipe 9a is provided in the pipe support 26 so as to be perpendicular to the plate surface, and is in a state of communication with the cooling medium flow-down passage 27.

<冷却媒体流下路の構造>
上記した加熱コイル1においては、加熱部4、左右の接地部2a,2bおよび支持部3a,3bの内部に、コイル自身と被加工物とを冷却するための2つの一連の冷却媒体流下路6a,6bが形成されている。すなわち、片方の冷却媒体流下路6aは、右側の注入管9bから、右側の配管支持体19の内部の冷却媒体流下路20、上側周状体15の内部の冷却媒体流下路17、左側の支持部3aの内部の上側冷却媒体流下路11、および、左側の接地部2aの内部の冷却媒体流下路10aを経由して、排出管7aに至っている。一方、他方の冷却媒体流下路6bは、左側の注入管9aから、左側の配管支持体26の内部の冷却媒体流下路27、下側周状体16の内部の冷却媒体流下路21、右側の支持部3bの内部の下側冷却媒体流下路14、および、右側の接地部2bの内部の冷却媒体流下路10bを経由して、排出管7bに至っている。
<Cooling medium flow path structure>
In the above-mentioned heating coil 1, two series of cooling medium flow paths 6a, 6b for cooling the coil itself and the workpiece are formed inside the heating part 4, the left and right ground parts 2a, 2b, and the support parts 3a, 3b. That is, one cooling medium flow path 6a runs from the right injection pipe 9b to the discharge pipe 7a via the cooling medium flow path 20 inside the right piping support 19, the cooling medium flow path 17 inside the upper peripheral body 15, the upper cooling medium flow path 11 inside the left support part 3a, and the cooling medium flow path 10a inside the left ground part 2a. On the other hand, the other cooling medium flow path 6b extends from the left injection pipe 9a, via the cooling medium flow path 27 inside the left piping support 26, the cooling medium flow path 21 inside the lower peripheral body 16, the lower cooling medium flow path 14 inside the right support part 3b, and the cooling medium flow path 10b inside the right grounding part 2b, to the discharge pipe 7b.

また、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、2つの冷却媒体流下路6a,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、2つの冷却媒体流下路6a,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。 In addition, because the heating coil 1 is integrally formed by a three-dimensional printer, all bends and connecting parts of both cooling medium flow paths 6a, 6b are formed in gentle curves (curves with a radius of curvature of 5 mm or more), and no sharp bends are formed. In addition, both cooling medium flow paths 6a, 6b have no seams or steps of a specified height or more (1.0 mm) formed on the inner walls.

さらに、左右の接地部2a,2bの間、左右の支持部3a,3bの間、加熱部4の左右の基端部分の間には、所定の厚み(約2.0mm)のシート状の絶縁板(図示せず)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。 Furthermore, a sheet-like insulating plate (not shown) of a predetermined thickness (approximately 2.0 mm) is sandwiched between the left and right grounding parts 2a, 2b, between the left and right support parts 3a, 3b, and between the left and right base end parts of the heating part 4, and in this state, the left and right support parts 3a, 3b and the insulating plate 31 are screwed together with bolts (not shown) inserted through the screw holes 8, 8. Note that these bolts are in a state in which the support parts 3a, 3b and the insulating plate 31 are screwed together via bushes (not shown) made of synthetic resin (glass epoxy resin) that has insulating and heat-resistant properties, so that the support parts 3a, 3b are not electrically connected to each other via the bolts.

<加熱コイルの製造方法>
図11は、加熱コイル1のコイル本体5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。
<Method of manufacturing the heating coil>
11 shows how the coil body 5 of the heating coil 1 is formed, and the three-dimensional printer device M for forming the heating coil 1 has a frame F with a rectangular parallelepiped recessed portion formed in the center, a lifting member provided so as to be able to rise and fall relative to the frame F, an irradiation means S for irradiating the laser L, a reflection means R for reflecting the laser, a driving means (not shown) for raising and lowering the lifting member, etc. The lifting member is provided with a table T having approximately the same area as the opening of the recessed portion of the frame F.

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。 When manufacturing the heating coil 1 using the three-dimensional printer device M, first, copper alloy (high copper alloy) powder is laid to a predetermined thickness (for example, 30 μm) on the surface of the table T of the lifting member in the raised position (the copper powder is laid to cover only the gap between the surface of the table T and the surface of the outer frame of the frame F). Then, a laser (fiber laser) L of a predetermined output is irradiated onto the copper alloy powder in a predetermined shape to melt part of the copper alloy powder, which is then cooled and solidified to form part of the heating coil 1.

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。 As described above, after forming a portion of the heating coil 1, the table T of the lifting member is lowered by a predetermined height (e.g., 30 μm) by the driving means. Then, at that height position, the following operations are repeated: "laying copper alloy powder on the upper side of the previously formed portion of the heating coil 1 → irradiating the copper alloy powder with the laser L → cooling and solidifying the molten copper alloy (solidification by solidification)." Then, as described above, the operations of "lowering the table T of the lifting member → laying copper alloy powder → irradiating the copper alloy powder with the laser L → cooling and solidifying the molten copper alloy" are repeated a predetermined number of times (e.g., 5,000 times) to integrally form the heating coil 1 made of copper alloy.

<加熱コイルの作用>
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、図12の如く、周状の加熱部4の内部に、被加工物W(たとえば、大径の円柱状部分の下面から小径の円柱状部分を同心円状に下向きに突出させた形状を有するもの等)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Wを加熱する(焼き入れる)ことができる。
<Function of heating coil>
The heating coil 1 constructed as described above has the left and right grounding portions 2a, 2b grounded to the electrodes, and a workpiece W (for example, a workpiece having a shape in which a small-diameter cylindrical portion protrudes concentrically downward from the underside of a large-diameter cylindrical portion) inserted inside the circumferential heating portion 4 as shown in FIG. 12. In this state, an external power source (high-frequency power source) is turned on via the electrodes, and the workpiece W can be heated (hardened) by utilizing the electromagnetic induction phenomenon.

また、冷却媒体を、左右の注入管9a,9bから冷却媒体流下路6a,6bに注入し、加熱部4(すなわち、上側周状体15および下側周状体16)の内部を通過させた後に、支持部3a,3b、接地部2a,2bを通過させて排出管7a,7bから排出することで、加熱部4、支持部3a,3b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(図示せず)の溶融による損傷等を精度良く防止することができる。 In addition, the cooling medium is injected from the left and right injection pipes 9a, 9b into the cooling medium flow paths 6a, 6b, passes through the inside of the heating portion 4 (i.e., the upper circumferential body 15 and the lower circumferential body 16), passes through the support portions 3a, 3b and the grounding portions 2a, 2b, and is discharged from the discharge pipes 7a, 7b. This efficiently cools the heating portion 4, the support portions 3a, 3b, and the support portions 3a, 3b, and accurately prevents damage caused by melting the insulating plate (not shown).

そして、そのように被加工物Wに対して焼き入れ処理を行う際に、ガス注入管24,24・・からガス(窒素等)を注入し、ガス噴射孔25,25・・から被加工物Wにガスを噴射することによって、被加工物Wの特定の部分(たとえば、外向きの凸状に角張った部分、図12におけるα部分)を急速に冷却して過度な加熱を回避することができる。なお、ガス注入管24,24・・から注入されるガスは、加熱部4の上側周状体15の内部に円周状に設けられた気体流下路22を介して、ガス噴射孔25,25・・から噴射されるので、ガス噴射孔25,25・・から噴射されるガスの圧力のバラツキが小さいため、被加工物Wの特定の部分を斑なく冷却することができる。 When hardening the workpiece W in this way, gas (such as nitrogen) is injected from the gas injection pipes 24, 24... and the gas is sprayed onto the workpiece W from the gas injection holes 25, 25..., thereby rapidly cooling a specific portion of the workpiece W (for example, the outwardly convex angular portion, the α portion in FIG. 12) and preventing excessive heating. The gas injected from the gas injection pipes 24, 24... is sprayed from the gas injection holes 25, 25... via the gas flow passage 22 provided circumferentially inside the upper circumferential body 15 of the heating section 4. This means that the pressure of the gas sprayed from the gas injection holes 25, 25... varies little, and the specific portion of the workpiece W can be cooled evenly.

<加熱コイルの効果>
加熱コイル1は、上記の如く、加熱部4に、被加工物Wに対して気体を噴射するための気体噴射孔25,25・・が形成されているため、外部から導入したガス(窒素等)をガス噴射孔25,25・・から被加工物Wにガスを噴射することによって、被加工物Wの特定の部分(外向きの凸状に角張った図12におけるα部分)を急速に冷却して過度な加熱を回避することができる。したがって、加熱コイル1によれば、被加工物Wの特定の部分の結晶粒度が大きくなって耐衝撃性等の機械的強度が低下してしまう事態を、効果的に防止することができる。
<Effect of heating coil>
As described above, the heating coil 1 has the gas injection holes 25, 25... formed in the heating section 4 for injecting gas toward the workpiece W, so that a specific portion of the workpiece W (the outwardly convex angular portion α in FIG. 12) can be rapidly cooled to avoid excessive heating by injecting gas (such as nitrogen) introduced from outside through the gas injection holes 25, 25... toward the workpiece W. Therefore, the heating coil 1 can effectively prevent a situation in which the crystal grain size of a specific portion of the workpiece W becomes large, resulting in a decrease in mechanical strength such as impact resistance.

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、周状の加熱部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。 In addition, since the heating coil 1 is formed by a modeling method using a three-dimensional printer device M (i.e., a method of partially fusing and laminating conductive powder layers based on three-dimensional data), it can be manufactured very easily despite the complex shape of the circumferential heating portion 4, and products with the same shape and characteristics can be manufactured efficiently with good reproducibility regardless of the skill of the manufacturing worker. Furthermore, since the heating coil 1 is formed by a modeling method using a three-dimensional printer device M, there are no adhesive parts using silver solder as in conventional heating coils, so it does not deform even if the temperature rises due to continuous use, and heating treatment (hardening treatment) can be performed according to the standard for a long period of time.

さらに、加熱コイル1は、加熱部4に、冷却媒体を流下させるための冷却媒体流下路17および冷却媒体流下路21と、気体噴射孔25,25・・へ気体を導くための気体流下路22とが設けられているとともに、その気体流下路22が、冷却媒体流下路21内に二重管状に形成されたものであるため、冷却媒体流下路21中の冷却媒体によって気体流下路22内のガスを低温に保った状態で被加工物Wに噴射することができるので、被加工物Wの特定の部分(図12におけるα部分)を、より効率的に冷却することができる。 Furthermore, the heating coil 1 is provided with a cooling medium downflow passage 17 and a cooling medium downflow passage 21 in the heating section 4 for causing the cooling medium to flow down, and a gas downflow passage 22 for directing the gas to the gas injection holes 25, 25, etc., and the gas downflow passage 22 is formed in a double tube shape within the cooling medium downflow passage 21. Therefore, the gas in the gas downflow passage 22 can be injected onto the workpiece W while being kept at a low temperature by the cooling medium in the cooling medium downflow passage 21, and a specific portion of the workpiece W (the α portion in FIG. 12) can be cooled more efficiently.

加えて、加熱コイル1は、気体噴射孔25,25・・から噴射される気体が、被加工物Wの凸状の稜線に向けて吹き付けられるように構成されている(すなわち、軸心が所定の角度で傾斜している)ので、被加工物Wの外向きの凸状に角張った部分(図12におけるα部分)を非常に効果的に冷却することができるため、被加工物Wの外向きの凸状の部分の結晶粒度が大きくなって機械的強度が低下する事態をきわめて効果的に防止することができる。 In addition, the heating coil 1 is configured so that the gas injected from the gas injection holes 25, 25... is blown toward the convex ridge of the workpiece W (i.e., the axis is inclined at a predetermined angle), so that the outwardly convex angular portion of the workpiece W (the α portion in FIG. 12) can be cooled very effectively, and it is possible to extremely effectively prevent the crystal grain size of the outwardly convex portion of the workpiece W from becoming large, thereby reducing its mechanical strength.

<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、加熱部、注入管、排出管、気体噴射孔、気体流下路、冷却媒体流下路等の形状、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。
<Example of changing the heating coil>
The heating coil according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the materials, shapes, structures, and other configurations of the grounding portion, support portion, heating portion, injection pipe, exhaust pipe, gas injection hole, gas flow path, cooling medium flow path, etc. can be appropriately changed as necessary without departing from the spirit of the present invention.

たとえば、加熱コイルの加熱部は、上記実施形態の如く、上側周状体と下側周状体とを所定の隙間を設けて上下に併設したものに限定されず、単純な円環状であるもの、平面視矩形の周状であるものや、分割した円環状体や周状体を上下に水平に配置させて鉛直な柱状体(上下方向に伸長した柱状体)によって連結してなるもの等に変更することも可能である。 For example, the heating section of the heating coil is not limited to an upper peripheral body and a lower peripheral body arranged side by side with a predetermined gap between them as in the above embodiment, but can be changed to a simple ring shape, a rectangular peripheral body in a plan view, or a divided ring body or peripheral body arranged horizontally above and below and connected by a vertical columnar body (a columnar body extending in the vertical direction).

さらに、加熱部は、上記実施形態の如く、加熱部内に複数の冷却媒体流下路を設けたものに限定されず、加熱部内に単一の冷却媒体流下路を設けたものでも良い。なお、上記実施形態の如く、加熱部内に複数の冷却媒体流下路を設けた場合には、加熱後の被加工物の冷却および加熱部自体の冷却をより効率的に行うことが可能となる。また、加熱部は、上記実施形態の如く、気体流下路を冷却媒体流下路内に二重管状に形成したものに限定されず、気体流下路を冷却媒体流下路内とは別個に形成したものでも良い。 Furthermore, the heating section is not limited to having multiple cooling medium downflow paths in the heating section as in the above embodiment, but may have a single cooling medium downflow path in the heating section. When multiple cooling medium downflow paths are provided in the heating section as in the above embodiment, it becomes possible to more efficiently cool the workpiece after heating and cool the heating section itself. Furthermore, the heating section is not limited to having the gas downflow path formed in a double tube shape in the cooling medium downflow path as in the above embodiment, but may have the gas downflow path formed separately from the cooling medium downflow path.

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。 In addition, the heating coil according to the present invention is not limited to the above embodiment in which the pair of grounding parts and the pair of supporting parts are insulated by an insulating plate made of fluororesin (PTFE, PFA, FEP, ETFE, PCTFE, ECTFE, PVDF), but can also be modified to have the pair of grounding parts and the pair of supporting parts insulated by an insulating plate made of other synthetic resins having insulating and heat-resistant properties, such as polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), etc.

加えて、本発明に係る加熱コイルの全体の形状・大きさ、加熱部の形状(全体の形状、被加工物と対向する気体噴射孔の本数・角度等)、接地部の形状・大きさ、支持部の形状・大きさ、シート状の絶縁板の種類(素材)・厚み、絶縁板を挟み込むためのボルトの本数等も、上記実施形態の態様に何ら限定されず、焼き入れ加工するワークの形状等に応じて適宜変更することができる。 In addition, the overall shape and size of the heating coil according to the present invention, the shape of the heating part (overall shape, number and angle of the gas injection holes facing the workpiece, etc.), the shape and size of the grounding part, the shape and size of the support part, the type (material) and thickness of the sheet-like insulating plate, the number of bolts for clamping the insulating plate, etc. are not limited to the above-mentioned embodiment and can be changed as appropriate depending on the shape of the workpiece to be hardened.

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。 The heating coil of the present invention has the excellent effects described above, and can therefore be suitably used as a component for heating a workpiece using electromagnetic induction.

1・・加熱コイル
2a,2b・・接地部
3a,3b・・支持部
4・・加熱部
6a,6b・・冷却媒体流下路
7a,7b・・排出管
9a,9b・・注入管
10a,10b・・冷却媒体流下路
11・・上側冷却媒体流下路
12・・下側冷却媒体流下路
13・・上側冷却媒体流下路
14・・下側冷却媒体流下路
15・・上側周状体
16・・下側周状体
17・・冷却媒体流下路
21・・冷却媒体流下路
22・・気体流下路
24a,24b・・ガス注入管
25・・ガス噴射孔
1...Heating coil 2a, 2b...Grounding part 3a, 3b...Supporting part 4...Heating part 6a, 6b...Cooling medium flow path 7a, 7b...Discharge pipe 9a, 9b...Injection pipe 10a, 10b...Cooling medium flow path 11...Upper cooling medium flow path 12...Lower cooling medium flow path 13...Upper cooling medium flow path 14..Lower cooling medium flow path 15..Upper circumferential body 16..Lower side circumferential body 17..Cooling medium flow path 21..Cooling medium flow path 22..Gas flow path 24a, 24b..Gas injection pipe 25..Gas injection hole

Claims (3)

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、
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周状の加熱部とを有しており、
前記加熱部が、上側周状体と下側周状体とを中心軸を合わせて所定の隙間を隔てて上下に併設した形状を有するものであり、
前記上側周状体に、水を流下させるための冷却媒体流下路が設けられているとともに、前記下側周状体に、気体を流下させるための気体流下路が設けられており、
その気体流下路に、被加工物に対して気体を噴射するための複数の気体噴射孔が、前記下側周状体の中心軸に対して所定の角度で傾斜するように設けられていることを特徴とする高周波加熱装置用の加熱コイル。
A heating coil for use in a high-frequency heating device for heating a workpiece by utilizing electromagnetic induction caused by a high-frequency current,
A pair of plate-shaped grounding portions to be attached to an electrode through which a high-frequency current is passed;
A pair of plate-shaped support parts arranged perpendicular to each of the grounding parts;
and a circumferential heating portion provided so as to connect the tips of the support portions,
The heating unit has a shape in which an upper peripheral body and a lower peripheral body are arranged vertically with a predetermined gap therebetween and aligned along their central axes,
The upper peripheral body is provided with a cooling medium flow-down passage for allowing water to flow down, and the lower peripheral body is provided with a gas flow-down passage for allowing gas to flow down,
A heating coil for a high-frequency heating device, characterized in that a plurality of gas injection holes for injecting gas onto a workpiece are provided in the gas flow path so as to be inclined at a predetermined angle with respect to the central axis of the lower peripheral body .
前記気体流下路が、前記下側周状体内に形成された冷却媒体流下路内に、二重管状に形成され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。 2. The heating coil for a high frequency heating device according to claim 1, wherein the gas flow passage is formed in a double tube shape within a cooling medium flow passage formed in the lower peripheral body . 請求項1に記載の高周波加熱装置用の加熱コイルの製造方法であって、A method for manufacturing a heating coil for a high-frequency heating device according to claim 1,
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、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を用いて前記高周波加熱装置用の加熱コイルを一体的に形成することを特徴とする高周波加熱装置用の加熱コイルの製造方法。A manufacturing method for a heating coil for a high-frequency heating device, characterized in that the heating coil for the high-frequency heating device is integrally formed using a molding method in which powder of an electrically conductive material is repeatedly laid, melted, solidified, and layered based on three-dimensional data, or a molding method in which molten electrically conductive material is layered based on three-dimensional data.
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