感應加熱線圈的製作方法

2023-10-20 12:08:27 3

專利名稱：感應加熱線圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於高頻淬火等的感應加熱線圈。
背景技術：
作為對鋼鐵材料進行淬火的一個方案，已知有高頻淬火。高頻淬火是使感應加熱線圈接近工件，並使該感應加熱線圈流通高頻電流來進行的。流通有高頻電流的感應加熱線圈在其周圍產生變動磁場，在工件中激勵感應電流。而且，工件基於上述感應電流而發熱、燒紅、被淬火。現有的高頻淬火用的感應加熱線圈100是如圖9所示那樣的螺旋線圈。而且，使圓棒狀的工件101沿著軸方向移動，將工件101插入感應加熱線圈100的螺旋內，並使感應加熱線圈100流通高頻電流，在工件101中激勵感應電流，將工件101燒紅進行淬火(圖10)。但是，除在軸方向上移動工件101之外，沒有使螺旋狀的感應加熱線圈100接近工件的方案，其使用性差。因此，開發了如圖11、圖12所示的變形線圈103。圖11、圖12的感應加熱線圈103 是將單匝線圈變形而成的結構，根據其功能性特徵被稱作半開放式線圈，或根據其形狀被稱作鞍形線圈。感應加熱線圈103由兩個直線導體105、106、一個圓弧狀搭接導體107和兩個供電導體108、110構成。而且，將它們串聯連接構成變形的單匝線圈。S卩，圓弧狀的供電導體108、直線導體105、圓弧狀搭接導體107、直線導體106、圓弧狀的供電導體110依次串聯連接，構成連續的單匝線圈。如上所述，感應加熱線圈103具有兩個直線導體105、106、一個圓弧狀搭接導體 107和兩個供電導體108、110，通過對感應加熱線圈103通電，使這些各部件的周圍產生變
動磁場。如圖11所示，感應加熱線圈103能夠在與工件101垂直的方向(Z方向)上靠近、 離開。另外，如果是長條狀的工件103，則通過使感應加熱線圈103沿著工件101的軸方向 (Z方向)移動、或使工件101相對於感應加熱線圈103沿著軸方向(Z方向)移動，能夠對工件101整體進行淬火。另外，在進行淬火時，將工件101旋轉。專利文獻1 (日本)特開平11-329702號公報如上所述，感應加熱線圈103具有兩個直線導體105、106、一個圓弧狀搭接導體 107和兩個供電導體108、110，通過對感應加熱線圈103通電，從加熱線圈整體產生磁力，從而在工件101中激勵感應電流。另外，在進行淬火時使工件101旋轉。因此，由直線導體 105、106加熱的部位，在工件101每旋轉一次時與直線導體105、106接近兩次。與之相對， 對於一個圓弧狀的搭接導體107和兩個供電導體108、110的部位，在一次旋轉中在與其圓弧角度相當的比例的時間內進行加熱。因此，與由直線導體105、106進行加熱的部位相比， 由圓弧狀的搭接導體107等加熱的部位被更強力地加熱，工件101的升溫平衡較差。

發明內容
因此，本發明關注現有技術的上述問題，其目的在於提供能夠使整體更均勻地升溫的感應加熱線圈。為了解決上述的問題，本發明提供一種感應加熱線圈，其在感應加熱工件時使用， 在自身中流通交流電流來產生變動磁場，使工件中產生感應電流，該感應加熱線圈的特徵在於具有與工件的軸大致平行地延伸的四個以上的直線導體和連接該直線導體的搭接導體，上述直線導體構成為至少其中的兩個相鄰配置，上述搭接導體與上述直線導體能夠通電連接，並且上述搭接導體與上述相鄰的直線導體以電流在相同方向上流動的方式連接。在上述的感應加熱線圈中，至少兩個直線導體相鄰配置，因此從該部分產生強力的變動磁場。因此，能夠實現接近直線導體的部分與接近搭接導體等的部分升溫平衡。另外，在上述的感應加熱線圈中，在相鄰的直線導體中電流沿著相同方向流動。因此，所產生的磁力不發生幹涉。優選的是，搭接導體具有圓弧部，直線導體位於圓弧部的兩端，圓弧部的中心與包含有在上述圓弧部的兩端設置的直線導體雙方的平面相比，向接近圓弧部的方向偏離。在該優選方式的感應加熱線圈中，搭接導體的中心向外側偏離。因此，搭接導體與工件的距離變遠。其結果是，由搭接導體加熱的部位的升溫變緩，實現整體的升溫平衡。優選的是，直線導體與搭接導體串聯連接，其展開圖形整體上為渦旋狀。該優選方式的感應加熱線圈，其展開圖形整體上為渦旋狀，因此在任何部位中電流流動的方向都相同。因此，相鄰的直線導體、搭接導體所產生的磁力不發生幹涉。優選的是，位於直線導體的至少一個端部側的兩個以上的搭接導體排列配置在同一個面內。在該優選方式的感應加熱線圈中，搭接導體排列配置在同一個面內，因此搭接導體容易收納。優選的是，上述面為與直線導體垂直的平面。在該優選方式中，搭接導體與垂直於直線導體的平面並列，因此外側的搭接導體配置在遠離工件的位置。因此，搭接導體的有助於工件升溫的作用減小，實現整體的升溫平但是，上述面也可以是包含直線導體的端部、並且覆蓋工件的曲面。優選的是，直線導體被分開配置成兩個組，構成上述組的直線導體相鄰配置，並且上述組彼此位於大致相對的位置，構成組的直線導體中包括與相對的組對應的直線導體， 在直線導體的一個端部至少具有兩個搭接導體，至少兩個搭接導體將相對的組的對應的直線導體彼此連接。在該優選方式的感應加熱線圈中，搭接導體容易收納，整體形狀緊湊。優選的是，直線導體被分開配置成兩個組，構成上述組的直線導體相鄰配置，並且上述組彼此位於大致相對的位置，構成組的直線導體中包括與相對的組對應的直線導體， 至少一個搭接導體將相對的組的不對應的直線導體彼此連接。在該優選方式的感應加熱線圈中，搭接導體容易收納，整體形狀緊湊。優選的是，具有對感應加熱線圈供給電力的供電部；和連接供電部與直線導體的供電導體，供電導體的一部分或全部與搭接導體排列配置在同一個面內。
另外，也可以是，具有對感應加熱線圈供給電力的供電部；和連接供電部與直線導體的供電導體，供電導體與將不對應的直線導體彼此連接的搭接導體排列配置在同一個面內。在該優選方式的感應加熱線圈中，供電導體也有助於工件的升溫。另外，本發明的感應加熱線圈的供電導體容易收納，整體形狀緊湊。優選的是，直線導體以感應加熱線圈工作時的姿態為基準，排列配置在上下方向上。在該優選方式的感應加熱線圈中，直線導體容易收納，整體形狀緊湊。另外，一個搭接導體位於包圍另一個搭接導體或一個以上的搭接導體的外側的位置，並且在兩端具有朝向內側的拐彎部，期望經由該拐彎部與直線導體連接。當利用本發明的感應加熱線圈使工件升溫時，接近直線導體的部分和接近搭接導體等的部分的升溫平衡良好，難以在工件中產生加熱不均。


圖1是本發明的實施方式的感應加熱線圈的立體圖。圖2是將圖1的感應加熱線圈安裝於棒狀工件的狀態下的感應加熱線圈和棒狀工件的側面圖。圖3是將圖1的感應加熱線圈在平面上展開的展開圖。圖4是本發明的第二實施方式的感應加熱線圈的立體圖。圖5是將圖4的感應加熱線圈安裝於棒狀工件的狀態下的感應加熱線圈和棒狀工件的側面圖。圖6是本發明的第三實施方式的感應加熱線圈的立體圖。圖7是將圖6的感應加熱線圈在平面上展開的展開圖。圖8是本發明的第四實施方式的感應加熱線圈的立體圖。圖9是現有技術的感應加熱線圈和棒狀工件的立體圖。圖10是利用圖9所示的感應加熱線圈將棒狀工件加熱時的感應加熱線圈和棒狀工件的立體圖。圖11是其他的現有技術的感應加熱線圈和棒狀工件的立體圖。圖12是利用圖11所示的感應加熱線圈將棒狀工件加熱時的感應加熱線圈和棒狀工件的立體圖。
具體實施例方式下面，進一步對本發明的實施方式進行說明。另外，在以下所示的實施方式中，上下的表現以使用感應加熱線圈1時的姿態為基準。圖1所示的感應加熱線圈1以銅為材料製作。感應加熱線圈1是將第一供電導體 2、第一直線導體3、第一搭接導體4、第二直線導體5、第二搭接導體6、第三直線導體7、第三搭接導體8、第四直線導體9、第二供電導體10依次串聯連接而成的結構。而且，供電部 13,14與第一供電導體2和第二供電導體10連接，對感應加熱線圈1通電。各部件的截面形狀均為四邊形，並且內部為中空。另外，在該中空部內流通有冷卻水。各部件的截面形狀為四邊形、為中空並非本發明的必要事項，其截面形狀可以是任意的，例如為圓形。對第二實施方式等而言也同樣如此。第一供電導體2具有約90度的圓弧部11、和與該圓弧部11連結的較短的直線部 12。另外，在端部具有向圓弧部的中心側拐彎的拐彎部15，在該拐彎部15與其次的第一直線導體3連接。第一直線導體3是與工件16 (圖2)的軸線平行地延伸的部件。第一搭接導體4構成為在兩端側具有較短的直線部17、18，在中央部分具有約 180度的圓弧部20。另外，在第一搭接導體4的最端部具有拐彎部21、22。而且，上述的第一直線導體3經由第一搭接導體4的拐彎部21與其連接。另外， 後段的第二直線導體5經由第一搭接導體4的拐彎部22與其連接。與第二直線導體5連接的第二搭接導體6具有拐彎部M、直線部25和與其相連的約90度的大徑圓弧部沈，進而在大徑圓弧部沈的前端還具有上下方向上的臺階部27，進而還具有與臺階部27相連的約90度的小徑圓弧部30和直線部31。小徑圓弧部30和直線部31與上述的第一供電導體2相鄰，與第一供電導體2配置在相同的平面上。即，小徑圓弧部30和直線部31在第一供電導體2的圓弧的中心方向上相鄰，小徑圓弧部30位於第一供電導體2之下，直線部31位於第一供電導體2的靠工件 16—側。第一供電導體2與第二搭接導體6的小徑圓弧部30和直線部31均位於同一平面上，該平面與第二直線導體5垂直。接著，第三直線導體7與第二搭接導體6的直線部31連接。第三直線導體7在上述的第一直線導體3之上與其相鄰且平行地配置。接著，第三搭接導體8構成為在兩端側具有直線部32、33，在中央部分具有約180 度的圓弧部35。但是，第三搭接導體8比上述的第一搭接導體4更小型化，第三搭接導體8 配置在第一搭接導體4的徑向內側並與其相鄰。即，第三搭接導體8重疊於第一搭接導體 4之下。第三搭接導體8和第一搭接導體4均位於同一平面上，該平面與第二直線導體5 垂直。接著，第四直線導體9與第三搭接導體8的直線部33連接。第四直線導體9在上述的第二直線導體5之上與其相鄰且平行地配置。接著，第二供電導體10具有直線部36和與該直線部36連結的約90度的圓弧部 37。第二供電導體10的大小為直徑與上述的第二搭接導體6的小徑圓弧部30的直徑相等。 上述的第二搭接導體6的小徑圓弧部30在第二供電導體10的假想延長線上。另外，第二供電導體10相鄰配置在第二搭接導體6的直線部25和大徑圓弧部沈的下側。觀察感應加熱線圈1的整體形狀時，在其一端側具有第一供電導體2、第二供電導體10和第二搭接導體6，它們形成單一的平面。另外，在與它們相對的位置具有第一搭接導體4和第三搭接導體8，它們形成單一的平面。而且，在相對的平面之間搭接有四個直線導體3、5、7、9。
四個直線導體3、5、7、9被分成兩組，作為其中一組的第一直線導體3和第三直線導體7均以使用時為基準呈水平姿態，縱向排列配置在圖中跟前一側。所屬於另一組的第二直線導體5和第四直線導體9縱向排列配置在圖中裡側。因此，兩個組彼此位於大致相對的位置，構成組的直線導體中包括與相對的組對應的直線導體。而且，第一搭接導體4和第三搭接導體8均位於直線導體的同一端部，將相對的組的對應的直線導體彼此連接。S卩，第一搭接導體4連接下側的直線導體3、5，第三搭接導體8連接上側的直線導體 7、9。另一方面，第二搭接導體6將相對的組的不對應的直線導體彼此連接。S卩，第二搭接部6連接下側的第二直線導體5和上側的第三直線導體7。將感應加熱線圈1平面展開，構成圖3所示的形狀，成為渦旋狀。因此，感應加熱線圈1可以說是將兩匝渦旋狀的線圈變形而成的，相鄰的位置上的導體中流動的電流的方向相同。例如，在假設第一供電導體2為正、第二供電導體10為負的情況下，流經各部分的電流的方向如圖1中的箭頭所示，任何部位均為相同方向。因此，流經電流時磁力線不發生幹涉。在使用本實施方式的感應加熱線圈1將圓棒等長條狀的工件16升溫的情況下，如圖2所示，使工件16的中心與上下的直線導體3、5、7、9的中間一致。這裡，本實施方式的感應加熱線圈1構成為在搭接導體4、6、8和供電導體2、10 中具有直線部12、17、18、25、31、32、33、36，因此，各個圓弧狀部11、20、26、30、35、37位於偏向上方的位置。即，如圖2所示，圓弧狀部11、20、26、30、35、37的中心線A-A，比包含設置在圓弧部的端側的直線導體3、5、7、9的平面，更偏向靠近圓弧狀部11、20J6、30、35、37的方向。因此，圓弧狀部11、20、沈、30、35、37的位置遠離工件16，對於工件16的升溫效果較低。特別是位於外側的圓弧狀部11、20、沈遠離工件16，對於工件16的升溫效果較低。另一方面，直線導體3、5、7、9均接近工件16。進一步，四個直線導體3、5、7、9被分成兩組，所屬於各個組的直線導體3、5、7、9相鄰，因此，直線導體3、5、7、9部分相互增強磁力線，對於工件16的升溫效果較高。如上所述，感應加熱線圈1的圓弧狀部11、20、沈、30、35、37與工件16的表面接近的時間較長，但在本實施方式中，特意使圓弧狀部11、20J6、30、35、37的位置遠離工件，並且直線導體3、5、7、9部分以相互增強磁力線的方式配置。因此，根據本實施方式的感應加熱線圈1，實現整體的升溫平衡。在以上說明的實施方式中，在搭接導體4、6、8和供電導體2中設置直線部12、17、 18、25、31、32、33、36，並且使圓弧狀部11、20偏向上方，但本發明並不限定於該結構，例如也可以如圖4、5所示的感應加熱線圈38那樣，圓弧狀部11、20相對於工件16成為同心。另外，在上述的實施方式中，第一供電導體2、第二供電導體10和第二搭接導體6 在縱向上排列，形成單一的平面；在相對的位置上，第一搭接導體4和第三搭接導體8在縱向上排列，形成另一個單一的平面，但如圖6所示，也可以將它們在橫向上排列。在圖6所示的感應加熱線圈40中，將第一供電導體41、第二供電導體49、第二搭接導體45、第一搭接
7導體43、第三搭接導體47在橫向上排列，構成覆蓋工件的單一的曲面。另外，該曲面包含直線導體42、46、44、48的端部。對感應加熱線圈40的形狀進行詳細說明，感應加熱線圈40是將第一供電導體41、 第一直線導體42、第一搭接導體43、第二直線導體44、第二搭接導體45、第三直線導體46、 第三搭接導體47、第四直線導體48、第二供電導體49依次串聯連接而成的。而且，供電部 13、14與第一供電導體41和第二供電導體49連接，對感應加熱線圈40通電。各部件的截面形狀均為四邊形，並且內部為中空，在使用時流通有冷卻水。另外， 部件的截面形狀未必是四邊形，也可以是圓形等。第一供電導體41為約90度的圓弧狀。第一直線導體42為與工件1的軸線平行地延伸的部件。第一搭接導體43形成約180度的圓弧狀。後段的第二直線導體44位於與第一直線導體42相對的位置。接著，第二搭接導體45構成為具有兩個約90度的圓弧部50、51，並且經由臺階部52連接兩者。在本實施方式中，臺階部52為水平方向上的臺階。兩個圓弧部50、51的直徑相同。另外，兩個圓弧部50、51的直徑也與上述的第一供電導體41相等。一個圓弧部50位於感應加熱線圈40的最外側，以工件為基準與軸方向內側的第二供電導體49橫向相鄰。另外，另一個圓弧部51位於第二供電導體49的假想延長線上， 與外側的第一供電導體41橫向相鄰。接著，第三直線導體46在上述的第一直線導體42之上與其相鄰且平行地配置。接著，第三搭接導體47是具有約180度的圓弧部53的部件。但是，第三搭接導體 47的直徑與上述第一搭接導體43大致相同。第三搭接導體47配置為在第一搭接導體43 的工件軸方向的內側與其相鄰。第三搭接導體47和第一搭接導體43均位於覆蓋工件的同一曲面上。接著，第四直線導體48在上述的第二直線導體44之上與其相鄰且平行地配置。接著，第二供電導體49為約90度的圓弧狀的部件。第二供電導體49的大小與上述的第一供電導體41相同。觀察感應加熱線圈40的整體形狀，在一端側具有第一供電導體41、第二供電導體 49和第二搭接導體45，在另一端側具有第一搭接導體43和第三搭接導體47，它們分別構成單一的曲面。而且，在相對的平面之間搭接有四個直線導體42、44、46、48。四個直線導體42、44、46、48被分成兩組，作為其中一組的第一直線導體42和第三直線導體46縱向排列配置在圖中跟前側，所屬於另一組的第二直線導體44和第四直線導體48縱向排列配置在圖中裡側。因此，兩組彼此位於大致相對的位置，構成組的直線導體中包括與相對的組對應的直線導體。而且，第一搭接導體43和第三搭接導體47將對應於相對的組的直線導體彼此連接。另一方面，第二搭接導體45將相對的組的不對應的直線導體彼此連接。S卩，第二搭接導體45連接下側的第二直線導體44與上側的第三直線導體46。
將感應加熱線圈40在平面上展開，構成圖7所示的形狀，成為渦旋狀。因此，感應加熱線圈40可以說是將兩匝渦旋狀的線圈變形而成的，在相鄰的位置上的導體中流動的電流的方向相同。因此，流經電流時磁力線不發生幹涉。 其次，對本發明的第三實施方式進行說明。圖8所示的感應加熱線圈60是將第一供電導體61、第一直線導體62、第一搭接導體63、第二直線導體64、第二搭接導體65、第三直線導體66、第三搭接導體67、第四直線導體68依次串聯連接而成的。而且，供電部13、14與第一供電導體61和第二供電導體68連接，對感應加熱線圈60通電。在本實施方式中，搭接導體63、65、67和第一供電導體61均為約90度的圓弧形狀。第一供電導體61與第二搭接導體65位於同一平面上，位於感應加熱線圈60的一個側面。另外，第一搭接導體63和第三搭接導體67位於同一個平面上，位於感應加熱線圈 60的另一個側面。另外，四個直線導體62、64、66、68均平行。而且，第一直線導體62和第三直線導體66位於感應加熱線圈60的外側的位置，第二直線導體64和第四直線導體68位於中央側。在本實施方式中，中央側的第二直線導體64和第四直線導體68在橫向上相鄰。假設第一供電導體61為正的情況下，流經各部分的電流的方向如圖8的箭頭所示，在橫向上相鄰的第二直線導體64和第四直線導體68中電流沿著同一方向流動。因此，對於本實施方式的感應加熱線圈60，流經電流時磁力線不發生幹涉。
權利要求
1.一種感應加熱線圈，其在感應加熱工件時使用，在自身中流通交流電流來產生變動磁場，使工件中產生感應電流，該感應加熱線圈的特徵在於具有與工件的軸大致平行地延伸的四個以上的直線導體和連接該直線導體的搭接導體，所述直線導體構成為至少其中的兩個相鄰配置，所述搭接導體與所述直線導體能夠通電連接，並且所述搭接導體與所述相鄰的直線導體以電流在相同方向上流動的方式連接。
2.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於搭接導體具有圓弧部，直線導體位於圓弧部的兩端，圓弧部的中心與包含有在所述圓弧部的兩端設置的直線導體雙方的平面相比，向接近圓弧部的方向偏離。
3.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於 直線導體與搭接導體串聯連接，其展開圖形整體上為渦旋狀。
4.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於位於直線導體的至少一個端部側的兩個以上的搭接導體排列配置在同一個面內。
5.如權利要求4所述的感應加熱線圈，其特徵在於 所述面為與直線導體垂直的平面。
6.如權利要求4所述的感應加熱線圈，其特徵在於 所述面是包含直線導體的端部、並且覆蓋工件的曲面。
7.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於直線導體被分開配置成兩個組，構成所述組的直線導體相鄰配置，並且所述組彼此位於大致相對的位置，構成組的直線導體中包括與相對的組對應的直線導體，在直線導體的一個端部至少具有兩個搭接導體，至少兩個搭接導體將相對的組的對應的直線導體彼此連接。
8.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於直線導體被分開配置成兩個組，構成所述組的直線導體相鄰配置，並且所述組彼此位於大致相對的位置，構成組的直線導體中包括與相對的組對應的直線導體，至少一個搭接導體將相對的組的不對應的直線導體彼此連接。
9.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於具有對感應加熱線圈供給電力的供電部；和連接供電部與直線導體的供電導體，供電導體的一部分或全部與搭接導體排列配置在同一個面內。
10.如權利要求1所述的感應加熱線圈，其特徵在於直線導體以感應加熱線圈工作時的姿態為基準，排列配置在上下方向上。
全文摘要
本發明涉及用於高頻淬火等的感應加熱線圈，其目的在於提供能夠使整體更均勻地升溫的感應加熱線圈。感應加熱線圈(1)以銅為材料製作。感應加熱線圈(1)是將第一供電導體(2)、第一直線導體(3)、第一搭接導體(4)、第二直線導體(5)、第二搭接導體(6)、第三直線導體(7)、第三搭接導體(8)、第四直線導體(9)、第二供電導體(10)依次串聯連接而成的結構。感應加熱線圈(1)的圓弧狀部(11、20、26、30、35、37)與工件(16)的表面接近的時間較長，但是特使圓弧狀部(11、20、26、30、35、37)的位置遠離工件，並且直線導體(3、5、7、9)部分按照彼此加強磁力線的方式配置。因此，實現整體的升溫平衡。
文檔編號H05B6/36GK102244950SQ20101024646
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者宮下英夫, 渡邊弘子 申請人:富士電子工業株式會社