JP5686676B2 - 四角形状中空金属製部材の拡散接合・加熱アプセット接合用高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、断面が四角形状の中空の金属製部材を拡散接合、加熱アプセット接合するために誘導加熱する際に使用される高周波加熱装置に関するものである。

一般に、被加熱物の周囲を誘導加熱する場合には、特許文献１に開示されているような熱処理装置が使用される。特許文献１には、歯車の周囲を誘導加熱する熱処理装置が開示されている。ところで、誘導加熱する対象物である被加熱物の外形が、歯車のように円形の場合には、加熱導体は歯車と同心状の環状構造に構成すればよいが、外形（断面）が四角形状を呈する被加熱物を誘導加熱する場合には、この被加熱物の外形に沿って加熱導体を構成する必要がある。

断面が四角形状の中空の金属製部材（以後、被加熱物と呼ぶ）を誘導加熱して拡散接合・加熱アプセット接合する場合には、図１３に示すような高周波加熱装置の加熱導体が使用される。図１３は、断面が四角形状の被加熱物の周囲に配置した加熱導体の正面図である。図１３に示される加熱導体５０には、リード５４，５５を介して高周波電源（図示せず）が接続されている。よって、加熱導体５０には高周波電源から高周波電流を供給することができる。

被加熱物５１の外形は四角い形状を呈しており、被加熱物５１は平坦部５２と角部５３を有している。また、加熱導体５０は四角い枠形状に構成されており、直線部５８と角部５９を有している。そしてこれら加熱導体５０の直線部５８及び角部５９を、被加熱物５１の平坦部５２及び角部５３に各々誘導加熱可能な距離Ｌを隔てて対向配置し、加熱導体５０に通電して被加熱物５１を誘導加熱する。

被加熱物全体を、温度差が生じないように均一加熱する加熱導体として、特許文献８やその改良として特許文献２などが知られている。しかし、これらは、分割構造となっていないため、加熱導体着脱時、長手方向に加熱導体を移動させることができない長尺物や長手方向形状が異なる金属製部材の加熱に適応させることはできない。

一方、分割型加熱導体例として、特許文献３や、丸断面金属管の拡散接合に用いた特許文献４や特許文献５などが挙げられるが、これらは対象が丸断面であり、断面が四角形状の中空金属製部材を対象とした例ではない。

特許文献６には、加熱アプセットを伴う条材の拡散接合方法について述べられ、条材の加熱は高周波加熱装置で実施していることが記載されている。

特許文献７には、被加熱物を拡散接合、加熱アプセット接合する実例として、本発明者等の１人が、アクスルケースへの適用を示している。特許文献６では、アクスルケースの角断面にて２つの部品を接合する事例が述べられている。片側の部品はフランジを有しており、拡散接合を採用した場合、実際の製造を考えると、分割構造の加熱導体が必要となる。

特開平０９−１１８９２５号公報 特開２００８−２９３９０５号公報 特開平７−２４９４８４号公報 特開平６−１６８７７９号公報 特開平１０−６９９６７号公報 特開平６−２１０４６５号公報 特開２０１０−１８８９２４号公報 実用新案登録第３０１８０６０号公報

ところで、特許文献５に開示されているような丸断面中空の金属管を拡散接合する事例では、加熱導体または被加熱材に回転機構を設けて周方向に回転させ、被加熱材を周方向に均一加熱することもできることが述べられている。しかし、図１３に示す被加熱物５１のように外形が四角形状であり、加熱導体５０の直線部５８及び角部５９を、被加熱物５１の平坦部５２及び角部５３に距離Ｌを隔てて対向させ、仮に、加熱導体５０と被加熱物５１とを相対回転させると、被加熱物５１の角部５３が加熱導体５０の直線部５８に衝突する。よって、誘導加熱時に、被加熱物５１と加熱導体５０とを相対回転させることはできない。

また、図１３に示すように加熱導体５０を環状構造にすると、リード５４，５５の間に継ぎ目５０ａが生じる。その結果、被加熱物５１における加熱導体５０の継ぎ目５０ａが対向する部位５１ａの誘導加熱ができず、加熱導体５０の継ぎ目５０ａに対向する部位５１ａの温度上昇は、被加熱物５１における隣接する部位５１ｂから熱伝達することによる他はない。すなわち、被加熱物５１の全周囲のうち、誘導加熱できない部位（対向する部位５１ａ）が存在するので、被加熱物５１の全周囲を一様に温度上昇させるのは容易ではない。

さらに、被加熱物５１の横断面の外形は四角形を呈しており、加熱導体５０が被加熱物５１の周囲に沿って距離Ｌだけ離間して配置されていても、平坦部５２と角部５３とでは温度上昇に差異が生じる。よって、加熱導体５０に高周波誘導電流を通じて被加熱物５１を誘導加熱しても、加熱導体５０の継ぎ目５０ａに対向する部位５１ａの温度上昇がしにくいばかりではなく、平坦部５２と角部５３とでも温度差が生じてしまう。一方、平坦部５２と角部５３とで温度差を生じないようにするための技術として、特許文献８やその改良として特許文献２がある。しかし、これらは分割を前提とした加熱導体ではない。

仮に角部５３がオーバヒートした場合にはその製品（加熱処理後の被加熱物５１）は破棄せざるを得ない。そのため製作者は、被加熱物５１の全周囲に渡って温度が均一化するように細心の注意を払って被加熱物５１を誘導加熱しなければならない。

しかし、製作者による細心の注意が要求されるこのような加熱作業は、製作者に多大な負担を強いるばかりか、製品の良否にばらつきを生じさせ易い。さらに、角部５３の形状（Ｒ形状）が異なる別の被加熱物を誘導加熱する場合には、製作者の勘に頼ったさじ加減によって加熱度合いを調整しなければ、被加熱物の周囲を均一に昇温させることができず、このような加熱作業は熟練しなければ非常に困難な作業である。すなわち、図１３に示すような加熱導体５０では、角部の形状が異なる複数種類の被加熱物に対応したり、同一の被加熱物であっても微妙な寸法公差の違いに対応するのは困難である。

そこで本発明は、断面が中空の四角形の金属製部材（被加熱物）を誘導加熱する際に、金属製部材の四角形の全周囲に渡って均一に誘導加熱することができる分割型の加熱導体を有する高周波加熱装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、断面が中空の四角形の金属製部材を拡散接合・加熱アプセット接合するために、四角形の金属製部材を囲むように四角形状に形成された加熱導体を用いて誘導加熱する高周波加熱装置において、前記四角形状の加熱導体を、複数の分割片で形成し、隣接する分割片の端部に、高周波電源に接続される一対のリードを接続すると共に、他の分割片の端部同士を電気的に接続して前記加熱導体を形成し、これら分割片で形成される加熱導体の角部に、前記金属製部材の角部からの距離を変更すると共に誘導電流を導通して前記金属製部材の角部に励起する誘導電流の大きさを調整する角部誘導加熱調整手段を設けたことを特徴とする高周波加熱装置である。

請求項２の発明は、前記加熱導体は、高周波電源に接続される一対のリードにそれぞれ接続され、前記金属製部材の角部からその金属製部材の辺に沿って延びる第１分割片及び第２分割片と、第１分割片と第２分割片の端部に連結され、前記金属製部材の２辺に沿ってＬ字状に形成され第３分割片とで形成され、第１分割片と第２分割片の端部と第３分割片の端部が締結手段で連結され、角部誘導加熱調整手段は、第１分割片と第２分割片の端部と第３分割片の端部との間に、その端部に沿って位置調整自在に設けられると共に端部同士を導通する介在部材で構成される請求項１記載の高周波加熱装置である。

請求項３の発明は、第１分割片及び第２分割片は、リードから屈曲されて金属製部材の辺に沿って延びる直線形状の本体部分と、その本体部分から屈曲した端部とからなり、Ｌ字状の第３分割片は、屈曲部を中心に金属製部材の２辺に沿ってそれぞれ延びる直線部と、該直線部から屈曲された端部とからなり、第１分割片及び第２分割片の端部と第３分割片の端部は、平行に形成され、その端部間に介在部材が移動可能に設けられ、その端部同士が、前記締結手段で連結されて前記介在部材が固定される請求項２記載の高周波加熱装置である。

請求項４の発明は、第３分割片の屈曲部は、内周側が開放した溝部を有するコ字状に形成され、その溝部に導通可能な介在部材が溝部の深さ方向に沿って位置調整自在に設けられて角部誘導加熱調整手段が構成される請求項３記載の高周波加熱装置である。

請求項５の発明は、断面が中空の四角形の金属製部材を拡散接合・加熱アプセット接合するために誘導加熱する際に使用される高周波加熱装置であって、前記高周波加熱装置は、高周波電流を供給する高周波電源と、前記高周波電源から供給される高周波電流を通じさせる加熱導体とを有しており、前記加熱導体は、前記金属製部材の周囲に配置されて金属製部材を誘導加熱可能であり、加熱導体の両端には各々リード部材が接続されており、前記各リード部材は、高周波電源側から加熱導体に高周波電流を導くものであり、加熱導体は、複数の分割片と、各分割片の締結と分解とを可能にする締結手段とを有しており、加熱導体は、各分割片の締結部と、加熱導体のリード部材が接続される部位とが四隅に配置される方形の環状構造を呈しており、導通可能な介在部材が、各分割片の締結部において分割片同士の間に配置されており、前記各介在部材は、加熱導体の環状方形の内部に対して進退する方向の任意の位置において分割片で挟持可能であることを特徴とする高周波加熱装置である。

請求項６の発明は、加熱導体の分割片のうちの少なくとも１つは、環状方形の１つの角を構成する屈曲部を有しており、当該屈曲部は、開口側が方形の内側を向く略コの字形を呈する溝部を有しており、当該溝部には、溝部の深さ方向に沿って移動自在で、かつ導通可能な介在部材が配置され、前記屈曲部には、溝部に配置された介在部材を固定する調整手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置である。

本発明は、加熱導体は、複数の分割片と、各分割片の締結と分解とを可能にする締結手段とを有しているので、金属製部材に対して、脱着が容易である。すなわち、金属製部材を誘導加熱した後、締結された分割片同士を分解することによって加熱導体を金属製部材から容易に取り外すことができる。加熱導体を複数の分割片に分解できるように構成すると、金属製部材が長尺状である場合に非常に利便性が高い。

加熱導体は、各分割片の締結部と、加熱導体のリード部材が接続される部位とが四隅に配置される方形の環状構造を呈しており、加熱導体は、導通可能な介在部材が、各分割片の締結部において分割片同士の間に配置されているので、加熱導体の一方の分割片と他方の分割片とが介在部材を介して導通可能である。

そして各介在部材は、加熱導体の環状方形の内部に対して進退する方向の任意の位置において分割片で挟持可能であるので、金属製部材に対して介在部材を近接させたり、離間させることができる。

また、高周波電流が介在部材を介して一方の分割片から他方の分割片へ流れる。その際、高周波電流は、介在部材を介して分割片の間を流れるので、介在部材の位置に応じて金属製部材の介在部材に対向する部位に励起される誘導電流の量を調整することができる。そして、この介在部材に対向する部位を金属製部材の角部とすることにより、角部の誘導加熱量を調整することができるようになる。その結果、角部が過熱状態となることを回避でき、金属製部材の全周囲に渡って均一に誘導加熱することができるようになる。

さらに、加熱導体のリード部材が接続された部位を、金属製部材の一つの角部に対向させることにより、当該角部が過熱状態となることを回避できる。すなわち、加熱導体のリード部材が接続された部位同士の間に隙間が生じ、この隙間には高周波電流が流れない。よって、この隙間を金属製部材の角部に対向させると、当該角部には誘導電流が励起されず、当該角部が過熱状態になるのを防止できる。さらに、別の角部の加熱量は、介在部材の位置を調整することによって加減することができる。よって、すべての角部を同程度に昇温させることができる。

その結果、金属製部材の四角形の全周囲の温度上昇の一様化を図ることができるようになる。ここで金属製部材とは、誘導加熱により拡散接合・加熱アプセット接合が可能な鉄（鋼や鋳鉄）を素材として構成される部材である。

また本発明は、加熱導体の分割片のうちの少なくとも１つは、環状方形の１つの角を構成する屈曲部を有しており、当該屈曲部に、環状方形の内側を向く略コの字形を呈する溝部を設け、溝部の幅を調整する調整手段を設けたので、溝部の幅を拡げた際に、介在部材を加熱導体の環状方形の内部に対して進退する方向に移動させることができる。

その結果、屈曲部が対向配置される金属製部材の角部の誘導加熱量を調整することができ、当該角部が過熱状態になることを防止することができる。また、当該角部の加熱量を、金属製部材のその他の角部の加熱量と同程度に調整することができる。その結果、金属製部材の四角形の全周囲を一様に昇温させることができるようになる。

本発明の高周波加熱装置は、断面が中空の四角形の金属製部材を誘導加熱する際に、過熱状態になり易い角部分の温度上昇を抑制し、金属製部材の四角形の全周囲に渡って一様に誘導加熱することができる。よって、金属製部材の四角形の全周囲を良好に誘導加熱することができる。

加熱導体を製作し、角部の介材部材位置を調整することで、角部の温度を調整することが可能となり、角部温度調整のための加熱導体の作り直しの必要がなくなった。

さらに、被加熱物の角部形状がロットによって変化した場合や、被加熱物の材質が変化した場合にも、対応が可能となった。

その結果、開発期間や開発コストを大幅削減することが可能となった。

本発明を実施した高周波加熱装置の加熱導体の斜視図である。 図１の加熱導体の分解斜視図である。 本発明を実施した加熱導体の簡略化した正面図である。 （ａ）は、図３のＡ部の拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）において介在部材を被加熱物側に接近させた状態を示す拡大図である。 （ａ）は、図３において加熱導体を分解した状態を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すクランプ部材の側面図で、クランプ解除状態を示しており、（ｃ）は、クランプしている状態のクランプ部材の側面図であり、（ｄ）は、スペーサを介してクランプしている状態を示すクランプ部材の側面図である。 図５（ａ）において、さらに屈曲部のクランプ部材を取り外した状態を示す正面図である。 図３において、屈曲部のクランプ部材を取り外した状態を示す正面図である。 （ａ）は、加熱導体の分割片同士の締結部位を下方から見た分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の締結部位を上方から見た分解斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）の締結部位の組立途上の斜視図であり、（ｄ）は、（ａ）の締結部位の組立斜視図であり、（ｅ）は、（ｄ）において、締結部位に介在部材を配置した状態を示す斜視図であり、（ｆ）は、（ｅ）の締結部位の介在部材を矢印方向に移動させた状態を示す斜視図であり、（ｇ）は、分割片の屈曲部の斜視図である。 被加熱物の周囲に、図１に示す加熱導体を配置した状態を示す斜視図である。 本発明の高周波加熱装置の概略構成図である。 本発明の高周波加熱装置および従来の高周波加熱装置で加熱・制御したときの金属製部材の平坦部および角部の温度の経時変化を示し（ａ）は本発明、（ｂ）は従来例を示す図である。 本発明の高周波加熱装置を拡散接合・加熱アプセット接合への適用した例を示す図である。 従来の加熱導体を、断面が四角形状の被加熱物の周囲に配置した状態の正面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施した高周波加熱装置の構成を説明する。図１０に示すように、高周波加熱装置１０は、高周波電源１と加熱導体６とがリード５ａ，５ｂで接続された構成を有している。

高周波電源１は、交流電源２，高周波発信器３，トランス４を有している。交流電源２は、周波数５０〜６０ヘルツの商用電源である。高周波発信器３は、交流電源２の周波数をより高い周波数に変換し、さらにトランス４は交流電源２の電圧を高圧に変換する。そして、高周波化及び高圧化された電力が、リード５ａ，５ｂを介して加熱導体６に供給される。すなわち、加熱導体６には高周波電流が流れる。

次に、本発明の特徴的な構成を有する加熱導体６について、図１〜図１０を参照しながら説明する。図１０、図５（ａ）、図６、図７に示すように加熱導体６は、リード５ａに接続される第１分割片６ａと、リード５ｂに接続される第２分割片６ｂと、第１分割片６ａ及び第２分割片６ｂに接続される第３分割片６ｃとを備えている。

加熱導体６の第１分割片６ａは、銅又は銅合金等からなる良導体で形成された線状部材である。また、第１分割片６ａの内部には中空部１３ａ（図８（ａ）等に示す。）が設けられている。中空部１３ａには図示しない冷却液供給源から冷却液を供給することができ、第１分割片６ａを冷却することができる。第１分割片６ａは、直線形状の本体部分の両端が屈曲している。図１０に示す例では、第１分割片６ａの両端部は、本体部分に対して１３５度の角度で折れ曲がっている。そして一方の端部がリード５ａに接続されており、他方の端部１７ａには接続部材７（図３）が接続されている。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、第１分割片６ａの端部１７ａの対向面１７ｂと端面１７ｃには、接続部材７がろう付けによって固着される。接続部材７は、本体（直方体形状の部位）の一側に平板状の突出部２０を備えた形状を呈している。また、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、接続部材７には、本体から突出部２０に渡って連続する設置面１４ｃが設けられている。また突出部２０の設置面１４ｃとは反対側には設置面１４ａが設けられている。さらに接続部材７には、設置面１４ａと連続し且つ直交する設置面１４ｂが設けられている。設置面１４ｂは、接続部材７の本体の側面に設けられている。

接続部材７の直方体の本体部分に形成された設置面１４ｃには、孔７ａが開口している。孔７ａ内には、開口側が大径で、奥側が小径となる段７ｃが形成されている。段７ｃには、Ｏリング９が装填される。また、接続部材７の設置面１４ｂには、孔７ｂが開口している。孔７ａと孔７ｂは同径であり、接続部材７の本体の内部で連通している。すなわち、接続部材７の内部には、孔７ａ，７ｂを連通させる通路が形成されている。

この接続部材７の設置面１４ａには、第１分割片６ａの端部１７ａの対向面１７ｂ（挟持部）が当接してろう付けされ、設置面１４ｂには第１分割片６ａの端面１７ｃが当接してろう付けされる。その結果、接続部材７は加熱導体６の第１分割片６ａと一体固着され、さらに第１分割片６ａの中空部１３ａと開口７ｂ，７ａが液密を保った状態で連通する。

次に第２分割片６ｂは、第１分割片６ａと同じ素材及び構成を有しており、内部に中空部１３ｂを備えている。図１０に示すように第２分割片６ｂは、第１分割片６ａと左右対称となるように配置されて、一端がリード５ｂに接続されており、他方の端部２８には接続部材７（図３）が接続されている。第２分割片６ｂのその他の構成は第１分割片６ａの構成と同じであるので、重複する説明は省略する。

次に第３分割片６ｃについて説明する。

第３分割片６ｃも第１分割片６ａと同様に銅又は銅合金等の良導体からなる中空の線状部材で構成されている。すなわち、第３分割片６ｃは、内部に中空部１３ｃを有している。第３分割片６ｃは、直線部３１，３２と屈曲部３３とを有している。図１０に示すように直線部３１，３２は、屈曲部３３を介して接続されており、直線部３１と直線部３２は直交する位置関係にある。また図１０に示すように、直線部３１の自由端である端部１６ａは、直線部３１に対して１３５度の角度で屈曲し、同様に直線部３２の自由端である端部２９は、直線部３２に対して１３５度の角度で屈曲している。この端部１７ａ，２８には、図８に示すように接続部材８が接続されている。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように第３分割片６ｃの端部１６ａの対向面１６ｂと端面１６ｃには、接続部材８がろう付けされる。接続部材８は上述の接続部材７と同様の構成を備えている。すなわち、接続部材８は、直方体形状の本体、突出部１９、設置面１５ａ〜１５ｃ、孔８ａ，８ｂを備えている。そして、接続部材８は、接続部材７とは天地逆向きの姿勢で接続部材７と対向配置される。具体的には、図８（ｂ）に示すように接続部材８の設置面１５ｃが、接続部材７の設置面１４ｃと対向するように接続部材８が配置される。接続部材８は、設置面１５ｃに開口する孔８ａ内に段が設けられていない点のみが接続部材７と相違しており、その他の構成は接続部材７と同じである。孔８ａは、Ｏリング９の内径と同径か又は小径である。

そして、図８（ｃ）に示すように接続部材８の設置面１５ｂに端部１６ａの端面１６ｃが当接してろう付けされ、接続部材８の設置面１５ａに端部１６ａの対向面１６ｂ（挟持部）が当接してろう付けされる。その結果、第３分割片６ｃの中空部１３ｃと接続部材８の孔８ｂ，８ａが液密を保った状態で連通する。第３分割片６ｃの直線部３２の自由端である端部２９にも、接続部材８と同じ構成の接続部材８がろう付けされている。

図８（ｇ）に示すように第３分割片６ｃの屈曲部３３は、略コの字形状を呈している。

屈曲部３３は、一つの線状部材を適宜屈曲させて略コの字形に構成してもよいが、複数の部材を継ぎ足すと略コの字形に構成し易い。そして屈曲部３３には略コの字形の部分で溝３３ａが形成されている。図１０に示すように溝３３ａは、方形枠形状を呈する加熱導体６の内側に開口している。溝３３ａの幅は、介在部材１８ｃ（後述）を配置できる大きさである。具体的には、屈曲部３３は方形枠の外側に突出し、直線部３１と直線部３２の延長上に溝３３ａの開口が配置されている。また、溝３３ａの幅は、リード５ａと５ｂの間の隙間６ｄよりは大きい。

さらに屈曲部３３は、図５（ａ）に示すようにクランプ部材３０でクランプされる。図５（ｂ）に示すようにクランプ部材３０は、分割片６ａと分割片６ｃとを締結するクランプ部材２２や、分割片６ｂと分割片６ｃとを締結するクランプ部材２２と同じ構成を有している。

すなわち、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すようにクランプ部材３０は、略コの字形状を呈する本体２３を有している。本体２３は、一対の平行部２４，２５と、平行部２４，２５を接続する接続部２６とで構成されている。平行部２４には、ねじ２７を螺合させるねじ孔２４ａが設けてある。また、平行部２５には、ねじ２７の先端部２７ａと対向する固定面２５ａが設けてある。すなわち、ねじ２７のねじ込み量を加減することにより、ねじ２７の先端部２７ａから固定面２５ａまでの距離が変化する。図５（ｂ）は、ねじ２７のねじ込み量が少なくねじ２７の先端部２７ａから固定面２５ａまでの距離が長い状態を示しており、図５（ｃ）は、ねじ２７のねじ込み量が多くねじ２７の先端部２７ａから固定面２５ａまでの距離が短い状態を示している。すなわち図５（ｃ）は、クランプ部材２１が接続部材７，８を固定した状態を示している。

さらに図５（ｄ）に示すように、ねじ２７の先端部２７ａと接続部材８の間にスペーサ３４を配置してもよい。スペーサ３４は、ねじ２７のねじ込み量を減らすと共に、受圧面積を増やす作用も兼ね備えている。すなわち、必要に応じて複数のスペーサ３４を同時に使用することもできる。図１、図２に示す例では、第３分割片６ｃの屈曲部３３に５つのスペーサを用いている。

図６に示すように屈曲部３３がクランプ部材３０でクランプされていないと、屈曲部３３の溝３３ａが広がり、介在部材１８ｃは溝３３ａ内において自由に位置を変更できる。

また、図５に示すように屈曲部３３がクランプ部材３０でクランプされると、屈曲部３３の溝３３ａが狭まり、介在部材１８ｃは溝３３ａ内で固定される。

すなわち、第３分割片６ｃの屈曲部３３の溝３３ａの幅寸法は、クランプ部材３０でクランプされていないときには介在部材１８ｃの寸法Ｄ２よりも大きく広がっており、クランプ部材３０でクランプされているときには、溝３３ａ内で介在部材１８は挟持される。

そして、この状態（図５に示す状態）で第３分割片６ｃの直線部３１と直線部３２は直交状態となる。クランプ部材３０を緩めると、角部誘導加熱調整手段としての介在部材１８ｃは、溝３３ａ内を移動することができる。

各分割片６ａ，６ｂ，６ｃ同士を接続するには、まず、第３分割片６ｃの屈曲部３３に介在部材１８ｃを配置してクランプ部材３０でクランプし、第３分割片６ｃを図５（ａ）に示す状態にする。そして、図５（ｂ）に示すように第１分割片６ａの端部１７ａと第３分割片６ｃの端部１６ａ間で介在部材１８ａを挟み、クランプ部材２２でクランプする。同様に第２分割片６ｂの端部２８と第３分割部材の端部２９間で介在部材１８ｂを挟み、クランプ部材２２でクランプする。その後、図３、図４に示したように、第１分割部材６ａの端部１７ａに接続した接続部材７と第３分割片６ｃの端部１６ａに接続した接続部材８とをクランプ部材２１でクランプする。同様に第２分割部材６ｂの端部２８に接続した接続部材７と第３分割片６ｃの端部２９に接続した接続部材８とをクランプ部材２１でクランプする。このとき、Ｏリング９によって両接続部材７，８の間の液密が確保される。

すなわち図２〜図４に示すように、両接続部材８，７は、２分割された保護部材４０，４１で覆われ、その保護部材４０，４１にＣ字形のクランプ部材２１が嵌め合わされ、クランプ部材２１の内部に接続部材７，８を収容し、ねじ２７のねじ込み量を増加させると、保護部材４０，４１を介して接続部材７，８は、ねじ２７にて挟持される。このクランプ部材２１によるクランプによって、接続部材７，８の間に配置したＯリング９が押圧され、接続部材７の孔７ａと接続部材８の孔８ａの間の液密が確保される。

その結果、第１分割片６ａから第３分割片６ｃ、第３分割片６ｃから第２分割片６ｂに通じる冷却液の通路が形成される。

その後、クランプ部材２２で、第１分割片６ａの端部１７ａと、第３分割片６ｃの端部１６ａとをクランプする。その際、端部１７ａと端部１６ａの間に、図８（ｄ）に示す介部材１８ａを配置する。そして図３に示すようにクランプ部材２２でクランプすることにより、端部１７ａの対向面１７ｂ（第１分割片６ａ）と端部１６ａの対向面１６ｂ（第３分割片６ｃ）とで介在部材１８ａを挟持する。その結果、介在部材１８ａが端部１７ａと端部１６ａの間で固定され、端部１７ａと端部１６ａとが介在部材１８ａを介して導通可能になる。すなわち、対向面１７ｂと対向面１６ｂとで、角部誘導加熱調整手段としての介在部材１８ａを挟持する挟持部が構成される。

このクランプ部材２２による締結によって、介在部材１８ａを介した接続部材７，８間の通電性が確保される。本実施の形態では、クランプ部材２１とクランプ部材２２とを使用しているが、一つのクランプ部材で締結することで、両接続部材７，８間の液密性と通電性とを確保することもできる。

同様に、第２分割片６ｂの端部２８と、第３分割片６ｃの端部２９とを締結すると、図３に示すように加熱導体６が構成される。第２分割片６ｂと第３分割片６ｃの接続形態は、第１分割片６ａと第３分割片６ｃの接続形態と同じであるので、重複する説明は省略する。

ここで介在部材１８ｂは、介在部材１８ａ，１８ｃと同じ構成を有している。すなわち介在部材１８ａ（１８ｂ，１８ｃ）は、銅又は銅合金等の良導体で形成されており、被挟持部１２ｂとフランジ部１２ａとを有している。被挟持部１２ｂは、第１分割片６ａの端部１７ａと第３分割片６ｃの端部１６ａの間で挟持される直方体形状の部位である。フランジ部１２ａは、被挟持部１２ｂの一端に固着されている。フランジ部１２ａは、第１分割片６ａの端部１７ａと、第３分割片６ｃの端部１６ａに当接させる部位である。すなわち、フランジ部１２ａを端部１７ａ，１６ａに当接させると、対向面１７ｂと対向面１６ｂの間に被挟持部１２ｂを確実に配置することができる。また、フランジ部１２ａを端部１７ａ，１６ａに当接させると端部１７ａ，１６ａに沿って介在部材１８をスライド移動させ易い。さらに、介在部材１８にフランジ部１２ａを設けると、フランジ部１２ａを把持することにより介在部材１８を移動させ易くなる。

介在部材１８ａの寸法Ｄ２が、第１分割片６ａの端部１７ａと第３分割片６ｃの端部１６ａの間の間隔Ｄ１よりも小さくなるように、接続部材７の突出部２０及び接続部材８の突出部１９の厚み寸法が設定されている。そのため、クランプ部材２２でクランプする前の状態（ねじ２７のねじ込み量が少ない状態）であれば、介在部材１８は第１分割片６ａの端部１７ａと第３分割片６ｃの端部１６ａの間の任意の位置（加熱導体６の環状方形の内部に対して進退する方向の任意の位置）に配置することができる。すなわち、図８（ｅ）や図８（ｆ）に示すように角部誘導加熱調整手段としての介在部材１８を移動させることができる。

そして、介在部材１８ａの位置が確定すると、第１分割片６ａと第３分割片６ｃとが介在部材１８ａを挟持した状態でクランプ部材２２によりクランプする。その結果、介在部材１８ａは、第１分割片６ａ及び第３分割片６ｃに対して強固に固定されて移動不能となり、さらに第１分割片６ａと第３分割片６ｃとの間で介在部材１８ａを介した安定した通電が可能になる。

上述の構成によって、加熱導体６は十分に機能するが、さらに図１、図２に示すような補強部材３５で補強し、方形枠形状を保持するのが好ましい。補強部材３５は、支持片３６，３７と接続片３８とで構成されている。支持片３６，３７は板状である。

支持片３６の一端は、第３分割片６ｃの直線部３１の途中の部位にろう付けされている。すなわち支持片３６の一端は、支持片３６が第３分割片６ｃの端部１６ａと平行になるように直線部３１に固定されている。また、支持片３６の他端には、孔３６ａが設けてある。同様に支持片３７の一端は、支持片３７が第１分割片６ａの端部１７ａと平行になるように第１分割片６ａの途中の部位にろう付けされている。支持片３７の他端にも、支持片３６の孔３６ａと同様の孔３７ａが設けてある。

また、接続片３８は板状であり、一方の端部には孔（図示せず）が設けてあり、他方の端部には溝３８ａが設けてある。図２に示す例では、接続片３８が上下方向を向くように配置され、下側の端部に設けられた図示しない孔と支持片３７の孔３７ａとが位置合わせされ、支持片３７と接続片３８とがボルト・ナット３９で固定される。

同様に接続片３８の上側の端部に設けられた溝３８ａに、支持片３６の孔３６ａが位置合わせされ、ボルト・ナット４２で支持片３６と接続片３８とが固定される。その後、クランプ部材２１及び２２によって第１分割片６ａと第３分割片６ｃとを強固に固定する。

その結果、加熱導体６に外力が作用すると、クランプ部材２１，２２に係る負荷が軽減され、外力は補強部材３５で支持される。第２分割片６ｂと第３分割片６ｃも補強部材３５と同様の補強部材で補強する。

また、接続部材７，８を、保護部材４１，４０を介してクランプ部材２１でクランプすることで、接続部材７，８を保護することができる。

次に、加熱導体６の作用について説明する。

図２に示すように分解された加熱導体６を、図１に示すように組立て、図９に示すように環状方形の加熱導体６の内部に被加熱物１１（四角形状中空金属製部材）を配置する。被加熱物１１は、図示しない支持機構によって支持される。被加熱物１１は、断面が四角形の中空の部材であり、４つの角部１１ａ〜１１ｄを有している。また、被加熱物１１は、誘導加熱により拡散接合・加熱アプセット接合が可能な鉄（鋼や鋳鉄）で形成されている。図９では、被加熱物１１の角部１１ｄが下方に位置しており、角部１１ｄが加熱導体６のリード５ａ，５ｂと接続される部位に近接配置されている。

また、角部１１ａが第１分割片６ａと第３分割片６ｃの接続部位に近接配置され、同様に角部１１ｃが第２分割片６ｂと第３分割片６ｃの接続部位に近接配置される。そして、角部１１ｂが第３分割片６ｃの屈曲部３３に近接配置される。その際、介在部材１８ａ（第１分割片６ａと第３分割片６ｃの間に配置）と、介在部材１８ｂ（第２分割片６ｂと第３分割片６ｃの間に配置）と、介在部材１８ｃ（第３分割片６ｃの屈曲部３３の溝内に配置）の位置を設定し、各々クランプ部材で移動不能に固定する。

高周波加熱装置１０では、環状方形枠形状の加熱導体を複数の分割片を締結して構成し、加熱導体における分割片同士の締結部位と、リード５ａ，５ｂと接続される部位が被加熱物１１の角部に近接配置される点が、図１３に示す従来の加熱導体５０と大きく相違している。

すなわち、被加熱物の各角部が良好に誘導加熱されるように、各介在部材から近接する被加熱物の各角部までの距離を調整する。例えば、予め実験によって、角部のＲ形状に応じて好ましい距離を求めておく。そして、介在部材から角部までの距離と、角部のＲ形状の対応関係をマップ化しておく。その結果作業者は、被加熱物の角部のＲ形状を確認し、マップを参照することにより、介在部材の位置を容易に設定することができる。介在部材の位置が確定すると、クランプ部材で介在部材の位置が変動しないように固定する。

被加熱物１１が比較的長い場合には、加熱導体６の各分割片を分解し、第１分割片６ａと第２分割片６ｂの上に被加熱物１１を配置し、さらに被加熱物１１の上方から第３分割片６ｃを接近させ、第３分割片６ｃを第１分割片６ａ及び第２分割片６ｂと接続する。このようにすることにより、加熱導体６を被加熱物１１の加熱対象部位に迅速に対向配置することができるようになる。また、被加熱物１１の加熱対象部位が、加熱対象部位の両側よりも小さい場合（すなわち括れている場合）においても、加熱導体６を複数の分割片に分解し、組立てることによって円滑に加熱対象部位に加熱導体６を対向配置することができる。

また、被加熱物１１が比較的短い場合には、加熱導体６を予め図３に示すように組み立てておく。すなわち、クランプ部材２１は締結状態を維持して液密が保たれた冷却水通路を形成しておく。そして、介在部材１８ａの位置を固定するクランプ部材２２のみを緩め、介在部材１８ａの位置が確定すると、同クランプ部材２２を締結する。これにより、加熱導体６を被加熱物１１に設置する作業を簡略化できる。その後、被加熱物１１の端部を加熱導体６の内部に挿入すると、容易に加熱対象部位に加熱導体６を対向させることができる。

図３に示すように加熱導体６の直線部分から被加熱物１１までの距離が一様に距離Ｌとなるように、断面が四角形の被加熱物１１の周囲に加熱導体６を配置する。また、介在部材１８ａから被加熱物１１の角部１１ａまでの距離を、角部１１ａのＲ形状に応じて例えば図４（ａ）に示すように距離Ｌ１としたり、図４（ｂ）に示すように距離Ｌ２とする。

すなわち、角部１１ａの誘導加熱量を減少させる場合には、介在部材１８ａを角部１１ａから例えば距離Ｌ１（図４（ａ））だけ離間させ、角部１１ａの誘導加熱量を増加させる場合には、介在部材１８ａを角部１１ａに例えば距離Ｌ２（図４（ｂ））まで接近させる。

加熱導体６に供給される高周波電流４３が一定であっても、介在部材１８ａから角部１１ａまでの距離がＬ１（図４（ａ））の場合に角部１１ａに生じる誘導電流４４ａは、介在部材１８ａから角部１１ａまでの距離がＬ２（図４（ｂ））の場合に角部１１ａに生じる誘導電流４４ｂよりも小さい。よって、角部１１ａの昇温は、励起される誘導電流の大きさによって調整することができる。そして、被加熱物１１の全周囲が一様に昇温し、角部１１ａがオーバヒートしないように介在部材１８ａから角部１１ａまでの距離を設定する。その他の角部１１ｂ，１１ｃについても介在部材１８ｃ，１８ｂの位置を同様に設定する。

以上説明したように、加熱導体６では、介在部材１８ａ〜１８ｃの位置を変更することによって、断面が四角形の被加熱物１１における比較的昇温し易い各角部１１ａ〜１１ｃの誘導加熱量を調整することができる。また、加熱導体６のリード５ａ，５ｂが接続された部位を被加熱物１１の一つの角部１１ｄに対向させることにより、当該角部１１ｄの昇温を抑制することができる。すなわち、リード５ａ，５ｂが接続された部位の間には隙間６ｄが形成される。隙間６ｄには高周波電流が流れないので、その分だけ角部１１ｄに励起される誘導電流は少なく、加熱量は少ない。よって、角部１１ｄの温度上昇は抑制され過熱状態となるのが防止される。

被加熱物１１のその他の角部１１ａ〜１１ｃには、各々介在部材１８ａ〜１８ｃを配置できるように構成し、高周波電流が介在部材１８ａ〜１８ｃを経由して流れるようにすると、介在部材１８ａ〜１８ｃの位置を変更（被加熱物１１の角部１１ａ〜１１ｃからの距離を変更）することにより、被加熱物１１の角部１１ａ〜１１ｃに励起する誘導電流の大きさを調整することができる。すなわち、加熱導体におけるリード５ａ，５ｂが接続された部位が対向する角部１１ｄと同等に、その他の角部１１ａ〜１１ｃが昇温するように介在部材１８ａ〜１８ｃの位置を調整する。

本発明の高周波加熱装置１０（図１０）は、断面が四角形の中空の被加熱物１１の平坦部と角部１１ａ〜１１ｄを同程度に昇温するように誘導加熱することができる。

また、高周波加熱装置１０は、被加熱物１１を温度上昇させる様々な目的で使用することができる。

図１１（ａ）は、本発明の加熱導体で加熱した場合の平坦部および角部の温度を測定した温度の経時変化のグラフを示し、図１１（ｂ）は、図１３に示した従来の加熱導体で加熱した場合の平坦部および角部の温度を測定した経時変化のグラフを示した事例である。

温度制御は平坦部が設定温度に到達したところから、誘導電流のＯＮ−ＯＦＦ制御を開始し、平坦部温度を熱電対で測定しながら温度制御を行った。

図１１（ｂ）に示すように従来の加熱導体で加熱した場合、平坦部は制御温度１０５０℃とすることができるが、角部の温度は制御温度１０５０℃に対して５０℃近く上昇しオーバーシュートしてしまい、拡散接合に不具合を生じてしまう。

これに対して、本発明の加熱導体で加熱したものは、図１１（ａ）に示すように、（１）平坦部および角部の温度差が少なく制御温度１０８０℃にすることができ、（２）角部は、平坦部よりも加熱時の温度上昇が遅いが、オーバーシュートすることはない、（３） 角部の温度は、温度制御開始後、極端に下がることがないことがわかる。同時に、加熱導体を製作し、角部の介材部材１８位置を調整することで、角部の温度を調整することが可能となり、加熱導体の作り直しの必要がなくなった。その結果、開発期間や開発コストを大幅削減することが可能となった。さらに、被加熱物の角部形状がロットによって変化した場合や、被加熱物の材質が変化した場合にも、対応が可能となった。その結果、開発期間や開発コストを大幅削減することが可能となった。

次に、本発明の高周波加熱装置１０（図１０）を使って、断面が四角形の同材質の中空素材同士をアモルファス金属を介して拡散接合、加熱アプセット接合した事例を図１２で説明する。加圧アプセットを伴う拡散接合方法は、既に特許文献６で述べられている。素材形状が異なる以外はこの方法にしたがって説明する。

断面が四角形の中空素材１１−１と１１−２との間にアモルファス金属１１−３を挟み、加圧装置４５，４６間にセットする。接合面の外周に本発明の高周波加熱装置の加熱導体６を、４面の平坦部のクリアランスＬが同一、かつ中空素材１１−１，１１−２の端面同士が、加熱導体６の中央にくるように設置する（図１２（ａ））。

そして、中空素材１１−１と１１−２に、加圧装置４５，４６で軸力を加え、アモルファス金属１１−３を保持した状態で、本発明の高周波加熱装置で、アモルファス金属の成分が中空部材に拡散するのに必要な温度（設定温度）まで加熱する（図１２（ｂ））。

設定温度到達後一定時間保持し、その後、接合部を加圧アプセット変形させ、接合界面面積を増やすことで、より強度が高い接合面を得ることができる（図１２（ｃ））。

１ 高周波電源
５ａ，５ｂ リード
６ 加熱導体
６ａ〜６ｃ 第１〜第３分割片
７，８ 接続部材
９ Ｏリング
１０ 高周波加熱装置
１１ 被加熱物（金属製部材）
１１ａ〜１１ｄ 被加熱物の角部
１６ａ 第３分割片の端部
１７ａ 第１分割片の端部
１８ 介在部材（角部誘導加熱調整手段）
２１，２２ 分割片同士をクランプするクランプ部材（締結手段）
３０ 第３分割片の屈曲部をクランプするクランプ部材（調整手段）

Claims (6)

1. 断面が中空の四角形の金属製部材を拡散接合・加熱アプセット接合するために、四角形の金属製部材を囲むように四角形状に形成された加熱導体を用いて誘導加熱する高周波加熱装置において、前記四角形状の加熱導体を、複数の分割片で形成し、隣接する分割片の端部に、高周波電源に接続される一対のリードを接続すると共に、他の分割片の端部同士を電気的に接続して前記加熱導体を形成し、これら分割片で形成される加熱導体の角部に、前記金属製部材の角部からの距離を変更すると共に誘導電流を導通して前記金属製部材の角部に励起する誘導電流の大きさを調整する角部誘導加熱調整手段を設けたことを特徴とする高周波加熱装置。
2. 前記加熱導体は、高周波電源に接続される一対のリードにそれぞれ接続され、前記金属製部材の角部からその金属製部材の辺に沿って延びる第１分割片及び第２分割片と、第１分割片と第２分割片の端部に連結され、前記金属製部材の２辺に沿ってＬ字状に形成され第３分割片とで形成され、第１分割片と第２分割片の端部と第３分割片の端部が締結手段で連結され、角部誘導加熱調整手段は、第１分割片と第２分割片の端部と第３分割片の端部との間に、その端部に沿って位置調整自在に設けられると共に端部同士を導通する介在部材で構成される請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 第１分割片及び第２分割片は、リードから屈曲されて金属製部材の辺に沿って延びる直線形状の本体部分と、その本体部分から屈曲した端部とからなり、Ｌ字状の第３分割片は、屈曲部を中心に金属製部材の２辺に沿ってそれぞれ延びる直線部と、該直線部から屈曲された端部とからなり、第１分割片及び第２分割片の端部と第３分割片の端部は、平行に形成され、その端部間に介在部材が移動可能に設けられ、その端部同士が、前記締結手段で連結されて前記介在部材が固定される請求項２記載の高周波加熱装置。
4. 第３分割片の屈曲部は、内周側が開放した溝部を有するコ字状に形成され、その溝部に導通可能な介在部材が溝部の深さ方向に沿って位置調整自在に設けられて角部誘導加熱調整手段が構成される請求項３記載の高周波加熱装置。
5. 断面が中空の四角形の金属製部材を拡散接合・加熱アプセット接合するために誘導加熱する際に使用される高周波加熱装置であって、前記高周波加熱装置は、高周波電流を供給する高周波電源と、前記高周波電源から供給される高周波電流を通じさせる加熱導体とを有しており、前記加熱導体は、前記金属製部材の周囲に配置されて金属製部材を誘導加熱可能であり、加熱導体の両端には各々リード部材が接続されており、前記各リード部材は、高周波電源側から加熱導体に高周波電流を導くものであり、加熱導体は、複数の分割片と、各分割片の締結と分解とを可能にする締結手段とを有しており、加熱導体は、各分割片の締結部と、加熱導体のリード部材が接続される部位とが四隅に配置される方形の環状構造を呈しており、導通可能な介在部材が、各分割片の締結部において分割片同士の間に配置されており、前記各介在部材は、加熱導体の環状方形の内部に対して進退する方向の任意の位置において分割片で挟持可能であることを特徴とする高周波加熱装置。
6. 加熱導体の分割片のうちの少なくとも１つは、環状方形の１つの角を構成する屈曲部を有しており、当該屈曲部は、開口側が方形の内側を向く略コの字形を呈する溝部を有しており、当該溝部には、溝部の深さ方向に沿って移動自在で、かつ導通可能な介在部材が配置され、前記屈曲部には、溝部に配置された介在部材を固定する調整手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置。