歪み取り装置及び方法
【課題】冷却性能に優れ、溶接部と加熱部の距離を適切に保持することができ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる歪み取り装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明の歪み取り装置は、熱源を生成する加熱コイル１ａと加熱コイル１ａに配置される磁性体１ｂとを有する加熱部１と、加熱コイル１ａに高周波磁束を発生させるトランス部２と、加熱対象部Ｘに冷却流体を放出する冷却流路３と、加熱部１の外周を囲むとともに加熱部１と加熱対象部Ｘとの間に冷却空間Ｃを形成するガイド壁４と、を有し、冷却流路３はガイド壁４よりも内側に配置され、ガイド壁４は冷却流体を排出する複数の開口部４ａを有する。
【解決手段】本発明の歪み取り装置は、熱源を生成する加熱コイル１ａと加熱コイル１ａに配置される磁性体１ｂとを有する加熱部１と、加熱コイル１ａに高周波磁束を発生させるトランス部２と、加熱対象部Ｘに冷却流体を放出する冷却流路３と、加熱部１の外周を囲むとともに加熱部１と加熱対象部Ｘとの間に冷却空間Ｃを形成するガイド壁４と、を有し、冷却流路３はガイド壁４よりも内側に配置され、ガイド壁４は冷却流体を排出する複数の開口部４ａを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接した際に生じた溶接変形を除去するための歪み取り装置及び方法に関し、特に、高周波誘導加熱を用いた歪み取り装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶等の鉄鋼構造物は、鋼板を溶接して組み立てられる部分が多い。一般に鋼板の溶接は、高温に加熱された溶接部が冷却する際に周辺部を引き寄せることにより溶接変形を伴う。この溶接変形を溶接後に除去することを「歪み取り」という。かかる歪み取り方法には、プレス等の機械的手段による方法や灸すえ法とも呼ばれる加熱冷却による方法がある。船舶等のように大型の構造物では、機械的手段を採用することは困難であり、一般に加熱冷却による方法が採用される。従来、作業者がガストーチを手に持って溶接部の表面又は裏面をビードに沿って移動しながら加熱冷却していたが、かかる作業には加熱状態（加熱温度、加熱深さ等）の把握や冷却タイミング等において高度の熟練を要する。そこで、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されたような歪み取り装置が開発されている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に記載された歪み取り装置は、いずれも高周波誘導加熱によって溶接部を急速加熱し、水冷によって急速冷却する装置であり、特許文献１の歪み取り装置は床面を加熱する台車タイプ、特許文献２は縦壁面も加熱可能なハンディタイプのものである。これらの歪み取り装置は、熟練工ではない一般工でも歪み取り作業の一定の品質及びスピードを維持することができる、作業員の作業環境を改善することができる等の効果を奏する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７００８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５２１号公報
【発明の開示】
【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及び特許文献２に記載の歪み取り装置では、溶接部の急速冷却する際に冷却水を流し掛けているだけであるため、冷却効率が悪い、冷却ムラができ易い等の問題がある。また、特許文献１に記載の台車タイプの歪み取り装置では、加熱機構が台車に固定されているため、台車の走行部に湾曲や段差が生じている場合に溶接部と加熱部の距離を適切に保持することができず、加熱ムラが生じてしまうという問題がある。さらに、特許文献２に記載のハンディタイプの歪み取り装置では、装置の小型化及び軽量化を図りたいという要求がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、冷却性能に優れ、溶接部と加熱部の距離を適切に保持することができ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる歪み取り装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、熱源を生成する加熱コイルと該加熱コイルに配置される磁性体とを有する加熱部と、前記加熱コイルに高周波磁束を発生させるトランス部と、加熱対象部に冷却流体を放出する冷却流路と、を備えた歪み取り装置であって、前記加熱部の外周を囲むとともに前記加熱部と前記加熱対象部との間に冷却空間を形成するガイド壁を有し、該ガイド壁よりも内側に前記冷却流路が配置され、前記ガイド壁には前記冷却流体を放射状に排出する複数の開口部が形成されている、ことを特徴とする歪み取り装置が提供される。
【０００８】
前記加熱部を複数配置する場合には、前記ガイド壁を有する加熱部を前記開口部が連通するように配置することが好ましい。また、前記冷却流路は、前記加熱部の中心部、前記加熱コイルと前記磁性体との間、前記磁性体と前記ガイド壁との間又は前記加熱コイルのいずれかに形成されていることが好ましい。また、前記トランス部は、絶縁オイル内に浸漬されていてもよい。
【０００９】
前記歪み取り装置は、前記トランス部を収納した筐体を有し、前記加熱部は前記筐体の先端部又は先端部側面に配置されていてもよい。また、前記筐体は、前記加熱対象部上を移動可能な車輪と、前記加熱部を前記加熱対象部に接近又は離間させる昇降機構と、を有していてもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、加熱コイルに高周波磁束を発生させて熱源を生成し、該熱源による加熱と冷却流体による冷却とを施して溶接により生じた歪みを除去する歪み取り方法であって、加熱対象部を囲んで冷却空間を形成し、前記熱源により前記加熱対象部を加熱し、加熱を継続したまま前記冷却空間に前記冷却流体を放出し、前記冷却空間から前記冷却流体を排出して前記加熱対象部を冷却する、ことを特徴とする歪み取り方法が提供される。
【００１１】
前記冷却流体の放出は、加熱開始から所定時間経過後に開始され、冷却終了と同時に終了するようにしてもよい。また、前記所定時間は、前記加熱対象部の温度が目標加熱温度に達する前の時間に設定されることが好ましく、前記目標加熱温度は、前記加熱対象部の板厚の１／３に相当する深さまで加熱することができる温度に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明の歪み取り装置及び方法によれば、加熱部にガイド壁を形成したことにより、冷却流体を滞留させる冷却空間を形成することができ、少量の冷却流体で加熱対象部を均等かつ効果的に冷却することができ、冷却効率を向上させることができる、冷却ムラを抑制することができる等の効果を奏する。また、加熱対象部を面で囲むことにより、加熱対象部にうねり等の凹凸が存在している場合であっても、加熱対象部と加熱部との距離を適切かつ安定に保持することができる。
【００１３】
ガイド壁を有する加熱部を複数配置する場合には、開口部が連通するように配置することにより、ガイド壁が隣接する部分においても冷却流体を開口部から排出することができ、均等な冷却を施すことができる。また、加熱部を複数配置することにより、溶接部の両側等のように複数の加熱対象部を一度の処理で加熱及び冷却することができ、歪み取り作業を効率化することができる。
【００１４】
冷却流路をガイド壁よりも内側の所定の箇所に形成することにより、冷却流体を効果的に加熱対象部に放出することができる。また、トランス部を絶縁オイル内に浸漬することにより、トランス部内の部品を接近して配置することができ、装置全体を小型化及び軽量化することができる。特にハンディタイプの歪み取り装置では、歪み取り装置を小型化及び軽量化することにより、作業員の負担を低減することができる、狭い箇所にも対応できる等の効果を奏し、作業効率を向上させることができる。
【００１５】
また、加熱対象部の冷却を所定のタイミングで行うことにより、加熱対象部を効果的に加熱しながら冷却することができ、熟練工のノウハウを容易に実現することができる。また、本発明の歪み取り装置及び方法においても、従来の歪み取り装置と同様に、熟練工ではない一般工でも歪み取り作業の一定の品質及びスピードを維持することができる、作業員の作業環境を改善することができる等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る歪み取り装置の第一実施形態を示す図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は加熱部の正面拡大図、である。図２は、冷却流体を放出した状態を示す図であり、（Ａ）は加熱部の断面図、（Ｂ）は加熱部の正面図、である。
【００１７】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明の歪み取り装置は、熱源を生成する加熱コイル１ａと加熱コイル１ａに配置される磁性体１ｂとを有する加熱部１と、加熱コイル１ａに高周波磁束を発生させるトランス部２と、加熱対象部Ｘに冷却流体を放出する冷却流路３と、加熱部１の外周を囲むとともに加熱部１と加熱対象部Ｘとの間に冷却空間Ｃを形成するガイド壁４と、を有し、冷却流路３はガイド壁４よりも内側に配置され、ガイド壁４は冷却流体を排出する複数の開口部４ａを有する、ことを特徴とする。なお、冷却流体には、水、エア、液体窒素等の流体を使用することができるが、以下の説明においては冷却流体として水を使用した場合について説明する。
【００１８】
図１（Ａ）に示した歪み取り装置は、いわゆるハンディタイプの歪み取り装置であり、トランス部２は筐体５内に収納されており、加熱部１は筐体５の先端部に配置されている。そして、筐体５は離隔して配置される電源装置６に接続されて作動されるように構成されている。ここで、電源装置６は、例えば、トランス部２に送電する高周波電源６１と、トランス部２及び高周波電源６１の冷却水を溜める冷却水タンク６２と、冷却水タンク６２の冷却水を循環させるポンプ６３と、加熱部１の冷却流路３の放出を制御する制御弁６４と、高周波電源６１及び制御弁６４をコントロールする制御部６５と、を有する。
【００１９】
前記加熱部１は、加熱コイル１ａ及び磁性体１ｂにより構成されるが、かかる構成は従来の歪み取り装置と同じ構成である。加熱コイル１ａは、例えば、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示したように、先端部が加熱対象部Ｘと略平行になるように配置された略Ｃ字形状をなしており、開端部は加熱対象部Ｘに向かって延伸された垂下部１ｃに接続されている。かかる加熱コイル１ａのＣ字形状部に交番電流を流すと交番磁場が発生される。この交番磁場中に導体である加熱対象部Ｘを配置すると、加熱対象部Ｘに流れる渦電流によりジュール熱が発生し、加熱対象部Ｘが加熱される。したがって、加熱コイル１ａは非接触の熱源を生成する。加熱コイル１ａは、例えば、銅管により構成され、少なくともＣ字形状部は断面角形に構成されることが好ましい。加熱対象部Ｘと対峙する面積を大きくするためである。勿論、断面角形に限定されるものではなく、円形でも三角形でもよい。また、磁性体１ｂは、例えば、フェライトにより構成されており、加熱コイル１ａに生じた磁束を集束させて効率的に加熱対象部Ｘを加熱する機能を有する。磁性体１ｂは、加熱コイル１ａが加熱対象部Ｘと対峙する加熱面１ｄ以外の部分を覆うように配置される。ここでは、磁性体１ｂは、加熱コイル１ａの形状に合わせた略円形状をなし、垂下部１ｂに相当する部分を挿通する切欠部１ｅが形成されている。なお、加熱コイル１ａの加熱面１ｄにセラミック等の電気絶縁体の皮膜を形成してもよいし、Ｃ字形状に相当する部分を多重に巻いた螺旋状に形成してもよい。
【００２０】
ここで、図３は、加熱コイル１ａの形状を示す図であり、（Ａ）はＣ字形状、（Ｂ）はＵ字形状、（Ｃ）はＩ字形状、のものである。図３（Ａ）に示したＣ字形状の加熱コイル１ａは、図１及び図２に示した加熱コイル１ａである。加熱コイル１ａのＣ字形状部は、径ｒを大きくすると熱膨張の影響が広範囲に及んでしまい、径ｒを小さくすると加熱効率が悪くなってしまう。そこで、歪み取り装置の使用条件において加熱部分（図の網掛けした部分）が重複しない範囲で極力小さく形成されることが好ましい。例えば、板厚が８ｍｍ以下の鋼板に使用される溶接の歪み取り装置においては、径ｒは４０ｍｍ以下の大きさに設定される。また、加熱コイル１ａは、図３（Ｂ）に示したようなＵ字形状、図３（Ｃ）に示したようなＩ字形状、楕円形状、多角形状等の種々の形状に形成することができる。Ｕ字形状の加熱コイル１ａは加熱対象部Ｘの幅が広い場合に有効であり、Ｉ字形状の加熱コイル１ａは加熱対象部Ｘの幅が狭い場合に有効である。
【００２１】
前記トランス部２は、加熱コイル１ａに高周波電流を流すための整合トランスであり、一次側巻線、二次側巻線等を備え、冷却ジャケット内に収容されている。トランス部２の二次側巻線には、加熱コイル１ａの垂下部１ｃが接続されている。かかるトランス部２の構成は、従来のトランス部と同じ構成であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、トランス部２には、図１（Ａ）に示すように、循環冷却流路７が接続されており、冷却ジャケット内に冷却水を供給できるように構成されている。循環冷却流路７は、冷却水タンク６２、ポンプ６３、高周波電源６１及びトランス部２に接続されており、冷却水を循環させる流路である。なお、トランス部２は、ケーブル８により高周波電源６１と電気的に接続されており、整流回路、電圧制御回路、インバータ回路等に接続されている。
【００２２】
前記冷却流路３は、図１（Ａ）に示すように、先端は加熱部１に接続されており、後端は冷却水の供給源（例えば、工場内に供給される工業用水路）に接続されており、中間には制御弁６４が配置されている。制御弁６４は、電源装置６に配置されており、制御部６５の作用により、冷却流路３からの加熱対象部Ｘへの冷却水の放出がコントロールされる。また、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示すように、冷却流路３の先端は、加熱部１の中心部に形成されている。具体的には、磁性体１ｂの中心部に形成された開口部１ｆに冷却流路３を形成する管路の先端が固定される。
【００２３】
前記ガイド壁４は、図１（Ｂ）に示すように、内側に加熱部１が配置される中空部４ｃを有する筒形状をなしており、その後端部にはガイド壁４を筐体５に接続するための取付プレート４ｂがフランジ状に形成されている。取付プレート４ｂは、図示したようにガイド壁４の中空部４ｃを開放するように形成されていてもよいし、中空部４ｃを塞ぐように形成されていてもよい。また、図２（Ａ）に示すように、ガイド壁４の先端は、加熱部１よりも前方に突出するように配置される。したがって、ガイド壁４の先端を加熱対象部Ｘに接触させると、加熱部１は加熱対象部Ｘと一定の隙間を有する。この隙間は、加熱コイル１ａの材質、大きさ、形状、高周波電流の大きさ、最大加熱温度等の条件により設定される。かかる隙間とガイド壁４とにより冷却空間Ｃが形成される。従来は加熱部の周囲に配置されたガイドピンにより点で加熱部と加熱対象部との隙間を保持していたため、加熱対象部にうねり等の凹凸が存在していた場合には、加熱部と加熱対象部との隙間の距離がガイドピンを押付ける場所によって異なってしまい、安定した加熱を行うことが困難であったが、本発明ではガイド壁４を配置して加熱対象部を面で囲むことにより、加熱対象部と加熱部との隙間を適切かつ安定に保持することができる。なお、ガイド壁４の外周形状は、図示した円形に限られるものではなく、三角形や四角形等の矩形であってもよいし、楕円形等であってもよいし、加熱コイル１ａの形状に沿った形状であってもよい。
【００２４】
さらに、ガイド壁４の先端には、複数（ここでは６箇所）の開口部４ａが均等に配置されている。開口部４ａは、例えば、半円形、半楕円形、矩形等の形状をなし、冷却空間Ｃに放出された冷却水をガイド壁４の外部に放射状に排出する。このように冷却空間Ｃを形成するガイド壁４の一部に開口部４ａを均等に形成することにより、図２（Ｂ）に示したように、冷却空間Ｃに冷却流路３から放出された冷却水を滞留させることができ（図の斜線部参照）、冷却水に流れを与えることができ（図の矢印参照）、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。開口部４ａは、冷却効率を考慮すれば３〜８箇所程度に均等に配置することが好ましいが、必ずしも放射状に配置する必要はなく、鉛直方向の１箇所又は２箇所に配置してもよい。また、開口部４ａは、ガイド壁４の先端部を切り欠くように形成してもよいし、ガイド壁４の中間部に形成してもよい。また、ガイド壁４の先端部は、加熱部１の位置を安定させる機能も有する。したがって、開口部４ａをガイド壁４の先端部の３箇所以上を切り欠いて形成することにより、加熱対象部Ｘを有する面にガイド壁４を３点以上の脚部で接触させることができ、加熱部１と加熱対象部Ｘとの隙間を安定に保持することができる。
【００２５】
前記筐体５は、加熱部１を電源装置６と分離して任意の加熱対象部Ｘに移動可能にするための部品である。図１（Ａ）に示した筐体５は、水平方向に延びた筒形状をなしており、その先端部正面に加熱部１が接続されている。また、筐体５の内部にはトランス部２が配置されており、上部には把手５ａが設けられている。そして、加熱部１には冷却流路３、トランス部２には循環冷却流路７及びケーブル８が接続されている。図示した筐体５は、作業員が筐体５を腰部で安定させて歪み取り作業を行う場合に適している。また、スプリングバランサー等で把手５ａを把持し、筐体５を吊り下げた状態で誘導しながら作業を行うことにより、作業員の負担を軽減することができる。なお、図示していないが、筐体５には歪み取り作業の開始を合図するスイッチが接続されていてもよい。かかるスイッチを筐体５に配置することにより、作業員１人で任意の箇所の歪み取り作業を任意のタイミングで行うことができる。
【００２６】
前記電源装置６は、上述したように、高周波電源６１、冷却水タンク６２、ポンプ６３、制御弁６４、制御部６５等を有する。高周波電源６１や冷却水タンク６２は重量物であるため、筐体５とは別体に構成される。冷却流路３、循環冷却流路７、ケーブル８等の長さの関係から、電源装置６は作業場所の近くに搬送することができるように構成しておくことが好ましい。制御部６５は、所定のタイミングで高周波電源６１からトランス部２に電流を送電し、所定のタイミングで制御弁６４を開放して冷却水を冷却流路３から加熱対象部Ｘに放出する。
【００２７】
ここで、図４は、本発明の歪み取り方法の説明図であり、（Ａ）は時間と加熱対象部Ｘの温度の関係、（Ｂ）は加熱対象部Ｘの板厚と加熱深さの関係、を示している。図４（Ａ）において、横軸は時間（秒）、縦軸は加熱対象部Ｘの温度（℃）を示している。
【００２８】
本発明の歪み取り方法は、加熱コイル１ａに高周波磁束を発生させて熱源（加熱部１）を生成し、熱源（加熱部１）による加熱と冷却水による冷却とを施して溶接により生じた歪みを除去する歪み取り方法であり、加熱対象部Ｘを囲んで冷却空間Ｃを形成し、熱源（加熱部１）により加熱対象部Ｘを加熱し、加熱を継続したまま冷却空間Ｃに冷却水を放出し、冷却空間Ｃから冷却水を排出して加熱対象部Ｘを冷却する。具体的には、作業員が筐体５を把持してガイド壁４を加熱対象部Ｘに押し付け、その状態で高周波電源６１のスイッチをＯＮにする。高周波電源６１が作動するとトランス部２を介して加熱コイル１ａに高周波電流が流れ、加熱部１が熱源を形成し、加熱対象部Ｘは、図４（Ａ）の加熱曲線Ｌに沿って加熱される。加熱曲線Ｌのラインは加熱コイル１ａに流れる高周波電流の大きさによって変化する。この高周波電流の大きさは、目標加熱温度αと板厚Ｄとの関係によって定められる。溶接による歪みを効果的に除去するには、鋼板の板厚Ｄの１／３の深さｄまで加熱（火入れ）することが好ましく、この火入れ加減に熟練工を必要としていた。本発明では、一般工であっても熟練工と同様に歪み取り作業を施すことができるように、以下のように加熱と冷却の条件を設定する。
【００２９】
まず、板厚Ｄとの関係で目標加熱温度αを設定する。この目標加熱温度αは、数秒の加熱で深さｄまで加熱できる温度が経験的又は統計的に設定される。深さｄは、上述したように、加熱対象部Ｘの板厚Ｄの１／３の深さに設定される。したがって、冷却せずに加熱対象部Ｘを加熱した場合、図４（Ａ）に示すように、時間ｔ２で目標加熱温度αに達する。目標加熱温度αに達してから冷却したのでは、加熱対象部Ｘの温度は目標加熱温度αを超えてしまい、火入れの深さｄが深くなり過ぎてしまう。また、目標加熱温度αに達する前に加熱を停止して冷却したのでは加熱対象部Ｘの温度が目標加熱温度αに達せず、火入れ深さｄが板厚Ｄの１／３に達しなくなってしまう。そこで、本発明では、図４（Ａ）に示したように、加熱を継続したまま目標加熱温度αに達する時間ｔ２よりも早い時間ｔ１から冷却を開始する。すなわち、冷却水の放出は、加熱開始から所定時間ｔ１だけ経過した後に開始される。そして、時間ｔ３まで加熱及び冷却を継続した後、加熱及び冷却を同時に又は加熱→冷却の順序に終了する。このように加熱及び冷却を制御することにより、加熱対象部Ｘの温度は徐々に加熱目標温度αに漸近させることができ、目標加熱温度αに近い温度で十分に加熱対象部Ｘを加熱することができ、火入れ深さｄを板厚Ｄの略１／３となるように調整することができる。例えば、加熱対象部Ｘの板厚が８ｍｍ以下の場合には、時間ｔ３は１０秒以下、目標加熱温度αは１０００℃以下に設定される。
【００３０】
また、図１及び図２に示した本発明の歪み取り装置を使用することにより、熱源（加熱部１）の中心部に形成された冷却流路３から冷却水を加熱対象部Ｘに放出した後、ガイド壁４の開口部４ａから放射状に排出して加熱対象部Ｘを冷却することができる。かかる冷却方法を採用することにより加熱対象部Ｘを冷却ムラが生じないように効率よく冷却することができ、図４（Ａ）に示した加熱及び冷却を効果的に作用させることができる。なお、上述した加熱及び冷却は制御部６５により制御される。具体的には、制御部６５は、高周波電源６１のＯＮ／ＯＦＦ及び制御弁６４の開閉を制御する。
【００３１】
次に、本発明の歪み取り装置の変形例及び他の実施形態について説明する。ここで、図５は、冷却流路の変形例を示す加熱部の断面図であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、（Ｃ）は第三変形例、を示している。図６は、複数の加熱部を配置した状態を示す加熱部の正面図であり、（Ａ）は２点加熱方式、（Ｂ）は３点加熱方式、を示している。図７は、本発明に係る歪み取り装置の他の実施形態を示す全体構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。なお、各図において、図１及び図２に示した第一実施形態の歪み取り装置と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３２】
上述した歪み取り装置の第一実施形態においては、加熱部１の中心部に冷却流路３を形成した場合について説明したが、本発明の歪み取り装置はかかる構成に限定されるものではなく、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した構成を採用してもよい。図５（Ａ）に示した第一変形例は磁性体１ｂとガイド壁４との間に冷却流路３を形成したものであり、図５（Ｂ）に示した第二変形例は加熱コイル１ａと磁性体１ｂとの間に冷却流路３を形成したものであり、図５（Ｃ）は加熱コイル１ａに冷却流路３を形成したものである。
【００３３】
図５（Ａ）に示した第一変形例は、取付プレート４ｂでガイド壁４の中空部４ｃを塞ぎ、取付プレート４ｂに冷却流路３の先端を接続し、取付プレート４ｂ及びガイド壁４と磁性体１ｂとの間に冷却水を冷却空間Ｃに放出するための隙間３１を空けるように加熱部１を配置したものである。したがって、隙間３１も冷却流路３の一部を形成し、冷却流路３から放出された冷却水は隙間３１を通過して磁性体１ｂの外周から加熱対象部Ｘに冷却水を供給することができる。かかる構成によっても、冷却空間Ｃを冷却流路３から放出された冷却水で満たすことができ、冷却水に流れを与えることができ、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。
【００３４】
図５（Ｂ）に示した第二変形例は、取付プレート４ｂでガイド壁４の中空部４ｃを塞ぎ、取付プレート４ｂの中心部に凹部３２を形成し、凹部３２に冷却流路３の先端を接続し、磁性体１ｂに凹部３２と連通する複数のノズル３３を形成し、加熱コイル１ａと磁性体１ｂとの間に隙間３４を形成するように加熱コイル１ａ上に磁性体１ｂを配置したものである。したがって、凹部３２、ノズル３３及び隙間３４も冷却流路３の一部を形成し、冷却流路３から放出された冷却水は凹部３２、ノズル３３及び隙間３４を通過して加熱コイル１ａの外周から加熱対象部Ｘに冷却水を供給することができる。かかる構成によっても、冷却空間Ｃを冷却流路３から放出された冷却水で満たすことができ、冷却水に流れを与えることができ、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。
【００３５】
図５（Ｃ）に示した第三変形例は、加熱コイル１ａの加熱面１ｄに複数の放出孔を形成し、加熱コイル１ａの内部に冷却水を供給するようにしたものである。したがって、加熱コイル１ａそのものが冷却流路３を形成し、加熱対象部Ｘに冷却水を供給することができる。かかる構成によっても、冷却空間Ｃを冷却流路３から放出された冷却水で満たすことができ、冷却水に流れを与えることができ、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。
【００３６】
上述した歪み取り装置の第一実施形態においては、筐体５に対して熱源である加熱部１が１つである１点加熱方式の場合について説明したが、本発明の歪み取り装置はかかる構成に限定されるものではなく、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、筐体５に対して複数の熱源を備えた２点加熱方式や３点加熱方式を採用してもよい。
【００３７】
図６（Ａ）に示す２点加熱方式は、１本の加熱コイル１ａで２つのＣ字形状部を形成して１回の処理で２つの熱源を生成することができるようにしたものである。具体的には、加熱コイル１ａは、Ｃ字形状部の開端部を向き合わせて配置し、一方の開端部どうしに垂下部１ｃを接続し、他方の開端部どうしを連結部１ｇで連結した形状をなしている。そして、加熱コイル１ａの各Ｃ字形状部に磁性体１ｂを配置して２つの加熱部１が形成される。このように、加熱部１を複数配置することにより、溶接部の両側等のように複数の加熱対象部Ｘを一度の処理で加熱及び冷却することができ、歪み取り作業を効率化することができる。また、各加熱部１には、ガイド壁４がそれぞれ配置される。このとき、ガイド壁４は、互いの開口部４ａが連通するように配置される。このようにガイド壁４を配置することにより、ガイド壁４が隣接する部分においても冷却水を放射状に排出することができ、均等な冷却を施すことができる。
【００３８】
図６（Ｂ）に示す３点加熱方式は、１本の加熱コイル１ａで３つのＣ字形状部を形成して１回の処理で３つの熱源を生成することができるようにしたものである。具体的には、加熱コイル１ａは、Ｃ字形状部の開端部を向き合わせて配置し、１箇所の開端部どうしに垂下部１ｃを接続し、２箇所の開端部どうしを連結部１ｇで連結した形状をなしている。そして、加熱コイル１ａの各Ｃ字形状部に磁性体１ｂを配置して３つの加熱部１が形成される。このように、加熱部１を複数配置することにより、溶接部の両側等のように複数の加熱対象部Ｘを一度の処理で加熱及び冷却することができ、歪み取り作業を効率化することができる。また、各加熱部１には、ガイド壁４がそれぞれ配置される。このとき、ガイド壁４は、互いの開口部４ａが連通するように配置される。このようにガイド壁４を配置することにより、ガイド壁４が隣接する部分においても冷却水を放射状に排出することができ、均等な冷却を施すことができる。
【００３９】
なお、加熱コイル１ａの形状は、図示したＣ字形状を利用したものに限られず、図３に示したＵ字形状やＩ字形状のものを利用して複数の加熱部１を形成してもよいし、各加熱部１の加熱コイル１ａを複数巻きに形成してもよい。また、複数の加熱部１を１つのガイド壁４で囲うようにしてもよい。
【００４０】
上述した歪み取り装置の第一実施形態は、筐体５がハンディタイプの場合について説明したが、本発明の歪み取り装置はかかる構成に限定されるものではなく、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、他の型式のハンディタイプや台車タイプの歪み取り装置にも適用することができる。
【００４１】
図７（Ａ）に示した歪み取り装置の第二実施形態は、筐体５の先端部側面に加熱部１が配置されたハンディタイプの歪み取り装置である。ここでは、筐体５に接続された突出部５ｂの先端部側面に加熱部１が配置されている。かかる構成により、加熱対象部Ｘが高い位置にある場合や狭い場所にある場合であっても、加熱部１を加熱対象部Ｘに配置して歪み取り作業を行うことができる。また、ここではトランス部２を絶縁オイル内に浸漬した場合を図示しており、トランス部２内の部品を接近して配置して装置全体を小型化及び軽量化している。この場合、トランス部２内に冷却水を供給することはできないため、トランス部２を冷却ジャケット内に収納して冷却ジャケット内に冷却水を供給する。なお、図では筐体５そのものを冷却ジャケットとした場合を示している。なお、トランス部２を絶縁オイル内に浸漬した構成は、第二実施形態に限定されるものではなく、上述した第一実施形態や後述する第三実施形態にも適用して、装置の小型化及び軽量化を図ることができるものである。
【００４２】
図７（Ｂ）に示した歪み取り装置の第三実施形態は、筐体５を加熱対象部Ｘ上で移動可能に構成した台車タイプの歪み取り装置である。具体的には、筐体５は、加熱対象部Ｘ上を移動可能な車輪５ｃと、加熱部１を加熱対象部Ｘに接近又は離間させる昇降機構５ｄと、を有している。昇降機構５ｄは、アクチュエータ機構を利用したものであっても、バネの付勢力を利用したものであってもよい。昇降機構５ｄにアクチュエータ機構を利用した場合には、圧力センサ等により加熱部１が加熱対象部Ｘに接触したことを検知したらアクチュエータを停止させ、歪み取り作業が終了したら加熱部１を上昇させるように構成することが好ましい。また、昇降機構５ｄにバネの付勢力を利用した場合には、加熱部１を加熱対象部Ｘに常に押し付けるようにバネの付勢力が働くように構成しておくことが好ましい。移動時には、加熱部１（ガイド壁４）の接触面に滑り易い部材を配置しておき鋼板上を滑らせるようにしてもよいし、手動で加熱部１を鋼板から離間する位置に固定できるようにしてもよい。
【００４３】
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、第二実施形態及び第三実施形態の歪み取り装置においても図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した冷却流路３の変形例を適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る歪み取り装置の第一実施形態を示す図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は加熱部の正面拡大図、である。
【図２】冷却流体を放出した状態を示す図であり、（Ａ）は加熱部の断面図、（Ｂ）は加熱部の正面図、である。
【図３】加熱コイルの形状を示す図であり、（Ａ）はＣ字形状、（Ｂ）はＵ字形状、（Ｃ）はＩ字形状、のものである。
【図４】本発明の歪み取り方法の説明図であり、（Ａ）は時間と加熱対象部の温度の関係、（Ｂ）は加熱対象部の板厚と加熱深さの関係、を示している。
【図５】冷却流路の変形例を示す加熱部の断面図であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、（Ｃ）は第三変形例、を示している。
【図６】複数の加熱部を配置した状態を示す加熱部の正面図であり、（Ａ）は２点加熱、（Ｂ）は３点加熱、の構成を示している。
【図７】本発明に係る歪み取り装置の他の実施形態を示す全体構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。
【符号の説明】
【００４５】
１ 加熱部
１ａ 加熱コイル
１ｂ 磁性体
１ｃ 垂下部
１ｄ 加熱面
１ｅ 切欠部
１ｆ 開口部
１ｇ 連結部
２ トランス部
３ 冷却流路
４ ガイド壁
４ａ 開口部
４ｂ 取付プレート
４ｃ 開口部
５ 筐体
５ａ 把手
５ｂ 突出部
５ｃ 車輪
５ｄ 昇降機構
６ 電源装置
７ 循環冷却流路
８ ケーブル
３１ 隙間
３２ 凹部
３３ ノズル
３４ 隙間
６１ 高周波電源
６２ 冷却水タンク
６３ ポンプ
６４ 制御弁
６５ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接した際に生じた溶接変形を除去するための歪み取り装置及び方法に関し、特に、高周波誘導加熱を用いた歪み取り装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶等の鉄鋼構造物は、鋼板を溶接して組み立てられる部分が多い。一般に鋼板の溶接は、高温に加熱された溶接部が冷却する際に周辺部を引き寄せることにより溶接変形を伴う。この溶接変形を溶接後に除去することを「歪み取り」という。かかる歪み取り方法には、プレス等の機械的手段による方法や灸すえ法とも呼ばれる加熱冷却による方法がある。船舶等のように大型の構造物では、機械的手段を採用することは困難であり、一般に加熱冷却による方法が採用される。従来、作業者がガストーチを手に持って溶接部の表面又は裏面をビードに沿って移動しながら加熱冷却していたが、かかる作業には加熱状態（加熱温度、加熱深さ等）の把握や冷却タイミング等において高度の熟練を要する。そこで、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されたような歪み取り装置が開発されている。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に記載された歪み取り装置は、いずれも高周波誘導加熱によって溶接部を急速加熱し、水冷によって急速冷却する装置であり、特許文献１の歪み取り装置は床面を加熱する台車タイプ、特許文献２は縦壁面も加熱可能なハンディタイプのものである。これらの歪み取り装置は、熟練工ではない一般工でも歪み取り作業の一定の品質及びスピードを維持することができる、作業員の作業環境を改善することができる等の効果を奏する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７００８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５２１号公報
【発明の開示】
【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及び特許文献２に記載の歪み取り装置では、溶接部の急速冷却する際に冷却水を流し掛けているだけであるため、冷却効率が悪い、冷却ムラができ易い等の問題がある。また、特許文献１に記載の台車タイプの歪み取り装置では、加熱機構が台車に固定されているため、台車の走行部に湾曲や段差が生じている場合に溶接部と加熱部の距離を適切に保持することができず、加熱ムラが生じてしまうという問題がある。さらに、特許文献２に記載のハンディタイプの歪み取り装置では、装置の小型化及び軽量化を図りたいという要求がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、冷却性能に優れ、溶接部と加熱部の距離を適切に保持することができ、装置の小型化及び軽量化を図ることができる歪み取り装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、熱源を生成する加熱コイルと該加熱コイルに配置される磁性体とを有する加熱部と、前記加熱コイルに高周波磁束を発生させるトランス部と、加熱対象部に冷却流体を放出する冷却流路と、を備えた歪み取り装置であって、前記加熱部の外周を囲むとともに前記加熱部と前記加熱対象部との間に冷却空間を形成するガイド壁を有し、該ガイド壁よりも内側に前記冷却流路が配置され、前記ガイド壁には前記冷却流体を放射状に排出する複数の開口部が形成されている、ことを特徴とする歪み取り装置が提供される。
【０００８】
前記加熱部を複数配置する場合には、前記ガイド壁を有する加熱部を前記開口部が連通するように配置することが好ましい。また、前記冷却流路は、前記加熱部の中心部、前記加熱コイルと前記磁性体との間、前記磁性体と前記ガイド壁との間又は前記加熱コイルのいずれかに形成されていることが好ましい。また、前記トランス部は、絶縁オイル内に浸漬されていてもよい。
【０００９】
前記歪み取り装置は、前記トランス部を収納した筐体を有し、前記加熱部は前記筐体の先端部又は先端部側面に配置されていてもよい。また、前記筐体は、前記加熱対象部上を移動可能な車輪と、前記加熱部を前記加熱対象部に接近又は離間させる昇降機構と、を有していてもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、加熱コイルに高周波磁束を発生させて熱源を生成し、該熱源による加熱と冷却流体による冷却とを施して溶接により生じた歪みを除去する歪み取り方法であって、加熱対象部を囲んで冷却空間を形成し、前記熱源により前記加熱対象部を加熱し、加熱を継続したまま前記冷却空間に前記冷却流体を放出し、前記冷却空間から前記冷却流体を排出して前記加熱対象部を冷却する、ことを特徴とする歪み取り方法が提供される。
【００１１】
前記冷却流体の放出は、加熱開始から所定時間経過後に開始され、冷却終了と同時に終了するようにしてもよい。また、前記所定時間は、前記加熱対象部の温度が目標加熱温度に達する前の時間に設定されることが好ましく、前記目標加熱温度は、前記加熱対象部の板厚の１／３に相当する深さまで加熱することができる温度に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明の歪み取り装置及び方法によれば、加熱部にガイド壁を形成したことにより、冷却流体を滞留させる冷却空間を形成することができ、少量の冷却流体で加熱対象部を均等かつ効果的に冷却することができ、冷却効率を向上させることができる、冷却ムラを抑制することができる等の効果を奏する。また、加熱対象部を面で囲むことにより、加熱対象部にうねり等の凹凸が存在している場合であっても、加熱対象部と加熱部との距離を適切かつ安定に保持することができる。
【００１３】
ガイド壁を有する加熱部を複数配置する場合には、開口部が連通するように配置することにより、ガイド壁が隣接する部分においても冷却流体を開口部から排出することができ、均等な冷却を施すことができる。また、加熱部を複数配置することにより、溶接部の両側等のように複数の加熱対象部を一度の処理で加熱及び冷却することができ、歪み取り作業を効率化することができる。
【００１４】
冷却流路をガイド壁よりも内側の所定の箇所に形成することにより、冷却流体を効果的に加熱対象部に放出することができる。また、トランス部を絶縁オイル内に浸漬することにより、トランス部内の部品を接近して配置することができ、装置全体を小型化及び軽量化することができる。特にハンディタイプの歪み取り装置では、歪み取り装置を小型化及び軽量化することにより、作業員の負担を低減することができる、狭い箇所にも対応できる等の効果を奏し、作業効率を向上させることができる。
【００１５】
また、加熱対象部の冷却を所定のタイミングで行うことにより、加熱対象部を効果的に加熱しながら冷却することができ、熟練工のノウハウを容易に実現することができる。また、本発明の歪み取り装置及び方法においても、従来の歪み取り装置と同様に、熟練工ではない一般工でも歪み取り作業の一定の品質及びスピードを維持することができる、作業員の作業環境を改善することができる等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図１〜図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る歪み取り装置の第一実施形態を示す図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は加熱部の正面拡大図、である。図２は、冷却流体を放出した状態を示す図であり、（Ａ）は加熱部の断面図、（Ｂ）は加熱部の正面図、である。
【００１７】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明の歪み取り装置は、熱源を生成する加熱コイル１ａと加熱コイル１ａに配置される磁性体１ｂとを有する加熱部１と、加熱コイル１ａに高周波磁束を発生させるトランス部２と、加熱対象部Ｘに冷却流体を放出する冷却流路３と、加熱部１の外周を囲むとともに加熱部１と加熱対象部Ｘとの間に冷却空間Ｃを形成するガイド壁４と、を有し、冷却流路３はガイド壁４よりも内側に配置され、ガイド壁４は冷却流体を排出する複数の開口部４ａを有する、ことを特徴とする。なお、冷却流体には、水、エア、液体窒素等の流体を使用することができるが、以下の説明においては冷却流体として水を使用した場合について説明する。
【００１８】
図１（Ａ）に示した歪み取り装置は、いわゆるハンディタイプの歪み取り装置であり、トランス部２は筐体５内に収納されており、加熱部１は筐体５の先端部に配置されている。そして、筐体５は離隔して配置される電源装置６に接続されて作動されるように構成されている。ここで、電源装置６は、例えば、トランス部２に送電する高周波電源６１と、トランス部２及び高周波電源６１の冷却水を溜める冷却水タンク６２と、冷却水タンク６２の冷却水を循環させるポンプ６３と、加熱部１の冷却流路３の放出を制御する制御弁６４と、高周波電源６１及び制御弁６４をコントロールする制御部６５と、を有する。
【００１９】
前記加熱部１は、加熱コイル１ａ及び磁性体１ｂにより構成されるが、かかる構成は従来の歪み取り装置と同じ構成である。加熱コイル１ａは、例えば、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示したように、先端部が加熱対象部Ｘと略平行になるように配置された略Ｃ字形状をなしており、開端部は加熱対象部Ｘに向かって延伸された垂下部１ｃに接続されている。かかる加熱コイル１ａのＣ字形状部に交番電流を流すと交番磁場が発生される。この交番磁場中に導体である加熱対象部Ｘを配置すると、加熱対象部Ｘに流れる渦電流によりジュール熱が発生し、加熱対象部Ｘが加熱される。したがって、加熱コイル１ａは非接触の熱源を生成する。加熱コイル１ａは、例えば、銅管により構成され、少なくともＣ字形状部は断面角形に構成されることが好ましい。加熱対象部Ｘと対峙する面積を大きくするためである。勿論、断面角形に限定されるものではなく、円形でも三角形でもよい。また、磁性体１ｂは、例えば、フェライトにより構成されており、加熱コイル１ａに生じた磁束を集束させて効率的に加熱対象部Ｘを加熱する機能を有する。磁性体１ｂは、加熱コイル１ａが加熱対象部Ｘと対峙する加熱面１ｄ以外の部分を覆うように配置される。ここでは、磁性体１ｂは、加熱コイル１ａの形状に合わせた略円形状をなし、垂下部１ｂに相当する部分を挿通する切欠部１ｅが形成されている。なお、加熱コイル１ａの加熱面１ｄにセラミック等の電気絶縁体の皮膜を形成してもよいし、Ｃ字形状に相当する部分を多重に巻いた螺旋状に形成してもよい。
【００２０】
ここで、図３は、加熱コイル１ａの形状を示す図であり、（Ａ）はＣ字形状、（Ｂ）はＵ字形状、（Ｃ）はＩ字形状、のものである。図３（Ａ）に示したＣ字形状の加熱コイル１ａは、図１及び図２に示した加熱コイル１ａである。加熱コイル１ａのＣ字形状部は、径ｒを大きくすると熱膨張の影響が広範囲に及んでしまい、径ｒを小さくすると加熱効率が悪くなってしまう。そこで、歪み取り装置の使用条件において加熱部分（図の網掛けした部分）が重複しない範囲で極力小さく形成されることが好ましい。例えば、板厚が８ｍｍ以下の鋼板に使用される溶接の歪み取り装置においては、径ｒは４０ｍｍ以下の大きさに設定される。また、加熱コイル１ａは、図３（Ｂ）に示したようなＵ字形状、図３（Ｃ）に示したようなＩ字形状、楕円形状、多角形状等の種々の形状に形成することができる。Ｕ字形状の加熱コイル１ａは加熱対象部Ｘの幅が広い場合に有効であり、Ｉ字形状の加熱コイル１ａは加熱対象部Ｘの幅が狭い場合に有効である。
【００２１】
前記トランス部２は、加熱コイル１ａに高周波電流を流すための整合トランスであり、一次側巻線、二次側巻線等を備え、冷却ジャケット内に収容されている。トランス部２の二次側巻線には、加熱コイル１ａの垂下部１ｃが接続されている。かかるトランス部２の構成は、従来のトランス部と同じ構成であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、トランス部２には、図１（Ａ）に示すように、循環冷却流路７が接続されており、冷却ジャケット内に冷却水を供給できるように構成されている。循環冷却流路７は、冷却水タンク６２、ポンプ６３、高周波電源６１及びトランス部２に接続されており、冷却水を循環させる流路である。なお、トランス部２は、ケーブル８により高周波電源６１と電気的に接続されており、整流回路、電圧制御回路、インバータ回路等に接続されている。
【００２２】
前記冷却流路３は、図１（Ａ）に示すように、先端は加熱部１に接続されており、後端は冷却水の供給源（例えば、工場内に供給される工業用水路）に接続されており、中間には制御弁６４が配置されている。制御弁６４は、電源装置６に配置されており、制御部６５の作用により、冷却流路３からの加熱対象部Ｘへの冷却水の放出がコントロールされる。また、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示すように、冷却流路３の先端は、加熱部１の中心部に形成されている。具体的には、磁性体１ｂの中心部に形成された開口部１ｆに冷却流路３を形成する管路の先端が固定される。
【００２３】
前記ガイド壁４は、図１（Ｂ）に示すように、内側に加熱部１が配置される中空部４ｃを有する筒形状をなしており、その後端部にはガイド壁４を筐体５に接続するための取付プレート４ｂがフランジ状に形成されている。取付プレート４ｂは、図示したようにガイド壁４の中空部４ｃを開放するように形成されていてもよいし、中空部４ｃを塞ぐように形成されていてもよい。また、図２（Ａ）に示すように、ガイド壁４の先端は、加熱部１よりも前方に突出するように配置される。したがって、ガイド壁４の先端を加熱対象部Ｘに接触させると、加熱部１は加熱対象部Ｘと一定の隙間を有する。この隙間は、加熱コイル１ａの材質、大きさ、形状、高周波電流の大きさ、最大加熱温度等の条件により設定される。かかる隙間とガイド壁４とにより冷却空間Ｃが形成される。従来は加熱部の周囲に配置されたガイドピンにより点で加熱部と加熱対象部との隙間を保持していたため、加熱対象部にうねり等の凹凸が存在していた場合には、加熱部と加熱対象部との隙間の距離がガイドピンを押付ける場所によって異なってしまい、安定した加熱を行うことが困難であったが、本発明ではガイド壁４を配置して加熱対象部を面で囲むことにより、加熱対象部と加熱部との隙間を適切かつ安定に保持することができる。なお、ガイド壁４の外周形状は、図示した円形に限られるものではなく、三角形や四角形等の矩形であってもよいし、楕円形等であってもよいし、加熱コイル１ａの形状に沿った形状であってもよい。
【００２４】
さらに、ガイド壁４の先端には、複数（ここでは６箇所）の開口部４ａが均等に配置されている。開口部４ａは、例えば、半円形、半楕円形、矩形等の形状をなし、冷却空間Ｃに放出された冷却水をガイド壁４の外部に放射状に排出する。このように冷却空間Ｃを形成するガイド壁４の一部に開口部４ａを均等に形成することにより、図２（Ｂ）に示したように、冷却空間Ｃに冷却流路３から放出された冷却水を滞留させることができ（図の斜線部参照）、冷却水に流れを与えることができ（図の矢印参照）、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。開口部４ａは、冷却効率を考慮すれば３〜８箇所程度に均等に配置することが好ましいが、必ずしも放射状に配置する必要はなく、鉛直方向の１箇所又は２箇所に配置してもよい。また、開口部４ａは、ガイド壁４の先端部を切り欠くように形成してもよいし、ガイド壁４の中間部に形成してもよい。また、ガイド壁４の先端部は、加熱部１の位置を安定させる機能も有する。したがって、開口部４ａをガイド壁４の先端部の３箇所以上を切り欠いて形成することにより、加熱対象部Ｘを有する面にガイド壁４を３点以上の脚部で接触させることができ、加熱部１と加熱対象部Ｘとの隙間を安定に保持することができる。
【００２５】
前記筐体５は、加熱部１を電源装置６と分離して任意の加熱対象部Ｘに移動可能にするための部品である。図１（Ａ）に示した筐体５は、水平方向に延びた筒形状をなしており、その先端部正面に加熱部１が接続されている。また、筐体５の内部にはトランス部２が配置されており、上部には把手５ａが設けられている。そして、加熱部１には冷却流路３、トランス部２には循環冷却流路７及びケーブル８が接続されている。図示した筐体５は、作業員が筐体５を腰部で安定させて歪み取り作業を行う場合に適している。また、スプリングバランサー等で把手５ａを把持し、筐体５を吊り下げた状態で誘導しながら作業を行うことにより、作業員の負担を軽減することができる。なお、図示していないが、筐体５には歪み取り作業の開始を合図するスイッチが接続されていてもよい。かかるスイッチを筐体５に配置することにより、作業員１人で任意の箇所の歪み取り作業を任意のタイミングで行うことができる。
【００２６】
前記電源装置６は、上述したように、高周波電源６１、冷却水タンク６２、ポンプ６３、制御弁６４、制御部６５等を有する。高周波電源６１や冷却水タンク６２は重量物であるため、筐体５とは別体に構成される。冷却流路３、循環冷却流路７、ケーブル８等の長さの関係から、電源装置６は作業場所の近くに搬送することができるように構成しておくことが好ましい。制御部６５は、所定のタイミングで高周波電源６１からトランス部２に電流を送電し、所定のタイミングで制御弁６４を開放して冷却水を冷却流路３から加熱対象部Ｘに放出する。
【００２７】
ここで、図４は、本発明の歪み取り方法の説明図であり、（Ａ）は時間と加熱対象部Ｘの温度の関係、（Ｂ）は加熱対象部Ｘの板厚と加熱深さの関係、を示している。図４（Ａ）において、横軸は時間（秒）、縦軸は加熱対象部Ｘの温度（℃）を示している。
【００２８】
本発明の歪み取り方法は、加熱コイル１ａに高周波磁束を発生させて熱源（加熱部１）を生成し、熱源（加熱部１）による加熱と冷却水による冷却とを施して溶接により生じた歪みを除去する歪み取り方法であり、加熱対象部Ｘを囲んで冷却空間Ｃを形成し、熱源（加熱部１）により加熱対象部Ｘを加熱し、加熱を継続したまま冷却空間Ｃに冷却水を放出し、冷却空間Ｃから冷却水を排出して加熱対象部Ｘを冷却する。具体的には、作業員が筐体５を把持してガイド壁４を加熱対象部Ｘに押し付け、その状態で高周波電源６１のスイッチをＯＮにする。高周波電源６１が作動するとトランス部２を介して加熱コイル１ａに高周波電流が流れ、加熱部１が熱源を形成し、加熱対象部Ｘは、図４（Ａ）の加熱曲線Ｌに沿って加熱される。加熱曲線Ｌのラインは加熱コイル１ａに流れる高周波電流の大きさによって変化する。この高周波電流の大きさは、目標加熱温度αと板厚Ｄとの関係によって定められる。溶接による歪みを効果的に除去するには、鋼板の板厚Ｄの１／３の深さｄまで加熱（火入れ）することが好ましく、この火入れ加減に熟練工を必要としていた。本発明では、一般工であっても熟練工と同様に歪み取り作業を施すことができるように、以下のように加熱と冷却の条件を設定する。
【００２９】
まず、板厚Ｄとの関係で目標加熱温度αを設定する。この目標加熱温度αは、数秒の加熱で深さｄまで加熱できる温度が経験的又は統計的に設定される。深さｄは、上述したように、加熱対象部Ｘの板厚Ｄの１／３の深さに設定される。したがって、冷却せずに加熱対象部Ｘを加熱した場合、図４（Ａ）に示すように、時間ｔ２で目標加熱温度αに達する。目標加熱温度αに達してから冷却したのでは、加熱対象部Ｘの温度は目標加熱温度αを超えてしまい、火入れの深さｄが深くなり過ぎてしまう。また、目標加熱温度αに達する前に加熱を停止して冷却したのでは加熱対象部Ｘの温度が目標加熱温度αに達せず、火入れ深さｄが板厚Ｄの１／３に達しなくなってしまう。そこで、本発明では、図４（Ａ）に示したように、加熱を継続したまま目標加熱温度αに達する時間ｔ２よりも早い時間ｔ１から冷却を開始する。すなわち、冷却水の放出は、加熱開始から所定時間ｔ１だけ経過した後に開始される。そして、時間ｔ３まで加熱及び冷却を継続した後、加熱及び冷却を同時に又は加熱→冷却の順序に終了する。このように加熱及び冷却を制御することにより、加熱対象部Ｘの温度は徐々に加熱目標温度αに漸近させることができ、目標加熱温度αに近い温度で十分に加熱対象部Ｘを加熱することができ、火入れ深さｄを板厚Ｄの略１／３となるように調整することができる。例えば、加熱対象部Ｘの板厚が８ｍｍ以下の場合には、時間ｔ３は１０秒以下、目標加熱温度αは１０００℃以下に設定される。
【００３０】
また、図１及び図２に示した本発明の歪み取り装置を使用することにより、熱源（加熱部１）の中心部に形成された冷却流路３から冷却水を加熱対象部Ｘに放出した後、ガイド壁４の開口部４ａから放射状に排出して加熱対象部Ｘを冷却することができる。かかる冷却方法を採用することにより加熱対象部Ｘを冷却ムラが生じないように効率よく冷却することができ、図４（Ａ）に示した加熱及び冷却を効果的に作用させることができる。なお、上述した加熱及び冷却は制御部６５により制御される。具体的には、制御部６５は、高周波電源６１のＯＮ／ＯＦＦ及び制御弁６４の開閉を制御する。
【００３１】
次に、本発明の歪み取り装置の変形例及び他の実施形態について説明する。ここで、図５は、冷却流路の変形例を示す加熱部の断面図であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、（Ｃ）は第三変形例、を示している。図６は、複数の加熱部を配置した状態を示す加熱部の正面図であり、（Ａ）は２点加熱方式、（Ｂ）は３点加熱方式、を示している。図７は、本発明に係る歪み取り装置の他の実施形態を示す全体構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。なお、各図において、図１及び図２に示した第一実施形態の歪み取り装置と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３２】
上述した歪み取り装置の第一実施形態においては、加熱部１の中心部に冷却流路３を形成した場合について説明したが、本発明の歪み取り装置はかかる構成に限定されるものではなく、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した構成を採用してもよい。図５（Ａ）に示した第一変形例は磁性体１ｂとガイド壁４との間に冷却流路３を形成したものであり、図５（Ｂ）に示した第二変形例は加熱コイル１ａと磁性体１ｂとの間に冷却流路３を形成したものであり、図５（Ｃ）は加熱コイル１ａに冷却流路３を形成したものである。
【００３３】
図５（Ａ）に示した第一変形例は、取付プレート４ｂでガイド壁４の中空部４ｃを塞ぎ、取付プレート４ｂに冷却流路３の先端を接続し、取付プレート４ｂ及びガイド壁４と磁性体１ｂとの間に冷却水を冷却空間Ｃに放出するための隙間３１を空けるように加熱部１を配置したものである。したがって、隙間３１も冷却流路３の一部を形成し、冷却流路３から放出された冷却水は隙間３１を通過して磁性体１ｂの外周から加熱対象部Ｘに冷却水を供給することができる。かかる構成によっても、冷却空間Ｃを冷却流路３から放出された冷却水で満たすことができ、冷却水に流れを与えることができ、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。
【００３４】
図５（Ｂ）に示した第二変形例は、取付プレート４ｂでガイド壁４の中空部４ｃを塞ぎ、取付プレート４ｂの中心部に凹部３２を形成し、凹部３２に冷却流路３の先端を接続し、磁性体１ｂに凹部３２と連通する複数のノズル３３を形成し、加熱コイル１ａと磁性体１ｂとの間に隙間３４を形成するように加熱コイル１ａ上に磁性体１ｂを配置したものである。したがって、凹部３２、ノズル３３及び隙間３４も冷却流路３の一部を形成し、冷却流路３から放出された冷却水は凹部３２、ノズル３３及び隙間３４を通過して加熱コイル１ａの外周から加熱対象部Ｘに冷却水を供給することができる。かかる構成によっても、冷却空間Ｃを冷却流路３から放出された冷却水で満たすことができ、冷却水に流れを与えることができ、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。
【００３５】
図５（Ｃ）に示した第三変形例は、加熱コイル１ａの加熱面１ｄに複数の放出孔を形成し、加熱コイル１ａの内部に冷却水を供給するようにしたものである。したがって、加熱コイル１ａそのものが冷却流路３を形成し、加熱対象部Ｘに冷却水を供給することができる。かかる構成によっても、冷却空間Ｃを冷却流路３から放出された冷却水で満たすことができ、冷却水に流れを与えることができ、加熱対象部Ｘを効率よく均等に冷却することができる。
【００３６】
上述した歪み取り装置の第一実施形態においては、筐体５に対して熱源である加熱部１が１つである１点加熱方式の場合について説明したが、本発明の歪み取り装置はかかる構成に限定されるものではなく、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、筐体５に対して複数の熱源を備えた２点加熱方式や３点加熱方式を採用してもよい。
【００３７】
図６（Ａ）に示す２点加熱方式は、１本の加熱コイル１ａで２つのＣ字形状部を形成して１回の処理で２つの熱源を生成することができるようにしたものである。具体的には、加熱コイル１ａは、Ｃ字形状部の開端部を向き合わせて配置し、一方の開端部どうしに垂下部１ｃを接続し、他方の開端部どうしを連結部１ｇで連結した形状をなしている。そして、加熱コイル１ａの各Ｃ字形状部に磁性体１ｂを配置して２つの加熱部１が形成される。このように、加熱部１を複数配置することにより、溶接部の両側等のように複数の加熱対象部Ｘを一度の処理で加熱及び冷却することができ、歪み取り作業を効率化することができる。また、各加熱部１には、ガイド壁４がそれぞれ配置される。このとき、ガイド壁４は、互いの開口部４ａが連通するように配置される。このようにガイド壁４を配置することにより、ガイド壁４が隣接する部分においても冷却水を放射状に排出することができ、均等な冷却を施すことができる。
【００３８】
図６（Ｂ）に示す３点加熱方式は、１本の加熱コイル１ａで３つのＣ字形状部を形成して１回の処理で３つの熱源を生成することができるようにしたものである。具体的には、加熱コイル１ａは、Ｃ字形状部の開端部を向き合わせて配置し、１箇所の開端部どうしに垂下部１ｃを接続し、２箇所の開端部どうしを連結部１ｇで連結した形状をなしている。そして、加熱コイル１ａの各Ｃ字形状部に磁性体１ｂを配置して３つの加熱部１が形成される。このように、加熱部１を複数配置することにより、溶接部の両側等のように複数の加熱対象部Ｘを一度の処理で加熱及び冷却することができ、歪み取り作業を効率化することができる。また、各加熱部１には、ガイド壁４がそれぞれ配置される。このとき、ガイド壁４は、互いの開口部４ａが連通するように配置される。このようにガイド壁４を配置することにより、ガイド壁４が隣接する部分においても冷却水を放射状に排出することができ、均等な冷却を施すことができる。
【００３９】
なお、加熱コイル１ａの形状は、図示したＣ字形状を利用したものに限られず、図３に示したＵ字形状やＩ字形状のものを利用して複数の加熱部１を形成してもよいし、各加熱部１の加熱コイル１ａを複数巻きに形成してもよい。また、複数の加熱部１を１つのガイド壁４で囲うようにしてもよい。
【００４０】
上述した歪み取り装置の第一実施形態は、筐体５がハンディタイプの場合について説明したが、本発明の歪み取り装置はかかる構成に限定されるものではなく、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、他の型式のハンディタイプや台車タイプの歪み取り装置にも適用することができる。
【００４１】
図７（Ａ）に示した歪み取り装置の第二実施形態は、筐体５の先端部側面に加熱部１が配置されたハンディタイプの歪み取り装置である。ここでは、筐体５に接続された突出部５ｂの先端部側面に加熱部１が配置されている。かかる構成により、加熱対象部Ｘが高い位置にある場合や狭い場所にある場合であっても、加熱部１を加熱対象部Ｘに配置して歪み取り作業を行うことができる。また、ここではトランス部２を絶縁オイル内に浸漬した場合を図示しており、トランス部２内の部品を接近して配置して装置全体を小型化及び軽量化している。この場合、トランス部２内に冷却水を供給することはできないため、トランス部２を冷却ジャケット内に収納して冷却ジャケット内に冷却水を供給する。なお、図では筐体５そのものを冷却ジャケットとした場合を示している。なお、トランス部２を絶縁オイル内に浸漬した構成は、第二実施形態に限定されるものではなく、上述した第一実施形態や後述する第三実施形態にも適用して、装置の小型化及び軽量化を図ることができるものである。
【００４２】
図７（Ｂ）に示した歪み取り装置の第三実施形態は、筐体５を加熱対象部Ｘ上で移動可能に構成した台車タイプの歪み取り装置である。具体的には、筐体５は、加熱対象部Ｘ上を移動可能な車輪５ｃと、加熱部１を加熱対象部Ｘに接近又は離間させる昇降機構５ｄと、を有している。昇降機構５ｄは、アクチュエータ機構を利用したものであっても、バネの付勢力を利用したものであってもよい。昇降機構５ｄにアクチュエータ機構を利用した場合には、圧力センサ等により加熱部１が加熱対象部Ｘに接触したことを検知したらアクチュエータを停止させ、歪み取り作業が終了したら加熱部１を上昇させるように構成することが好ましい。また、昇降機構５ｄにバネの付勢力を利用した場合には、加熱部１を加熱対象部Ｘに常に押し付けるようにバネの付勢力が働くように構成しておくことが好ましい。移動時には、加熱部１（ガイド壁４）の接触面に滑り易い部材を配置しておき鋼板上を滑らせるようにしてもよいし、手動で加熱部１を鋼板から離間する位置に固定できるようにしてもよい。
【００４３】
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、第二実施形態及び第三実施形態の歪み取り装置においても図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した冷却流路３の変形例を適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る歪み取り装置の第一実施形態を示す図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は加熱部の正面拡大図、である。
【図２】冷却流体を放出した状態を示す図であり、（Ａ）は加熱部の断面図、（Ｂ）は加熱部の正面図、である。
【図３】加熱コイルの形状を示す図であり、（Ａ）はＣ字形状、（Ｂ）はＵ字形状、（Ｃ）はＩ字形状、のものである。
【図４】本発明の歪み取り方法の説明図であり、（Ａ）は時間と加熱対象部の温度の関係、（Ｂ）は加熱対象部の板厚と加熱深さの関係、を示している。
【図５】冷却流路の変形例を示す加熱部の断面図であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、（Ｃ）は第三変形例、を示している。
【図６】複数の加熱部を配置した状態を示す加熱部の正面図であり、（Ａ）は２点加熱、（Ｂ）は３点加熱、の構成を示している。
【図７】本発明に係る歪み取り装置の他の実施形態を示す全体構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。
【符号の説明】
【００４５】
１ 加熱部
１ａ 加熱コイル
１ｂ 磁性体
１ｃ 垂下部
１ｄ 加熱面
１ｅ 切欠部
１ｆ 開口部
１ｇ 連結部
２ トランス部
３ 冷却流路
４ ガイド壁
４ａ 開口部
４ｂ 取付プレート
４ｃ 開口部
５ 筐体
５ａ 把手
５ｂ 突出部
５ｃ 車輪
５ｄ 昇降機構
６ 電源装置
７ 循環冷却流路
８ ケーブル
３１ 隙間
３２ 凹部
３３ ノズル
３４ 隙間
６１ 高周波電源
６２ 冷却水タンク
６３ ポンプ
６４ 制御弁
６５ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を生成する加熱コイルと該加熱コイルに配置される磁性体とを有する加熱部と、前記加熱コイルに高周波磁束を発生させるトランス部と、加熱対象部に冷却流体を放出する冷却流路と、を備えた歪み取り装置であって、
前記加熱部の外周を囲むとともに前記加熱部と前記加熱対象部との間に冷却空間を形成するガイド壁を有し、該ガイド壁よりも内側に前記冷却流路が配置され、前記ガイド壁には前記冷却流体を排出する複数の開口部が形成されている、ことを特徴とする歪み取り装置。
【請求項２】
前記ガイド壁を有する加熱部を前記開口部が連通するように複数配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項３】
前記冷却流路は、前記加熱部の中心部、前記加熱コイルと前記磁性体との間、前記磁性体と前記ガイド壁との間又は前記加熱コイルのいずれかに形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項４】
前記トランス部は、絶縁オイル内に浸漬されている、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項５】
前記トランス部を収納した筐体を有し、前記加熱部は前記筐体の先端部又は先端部側面に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項６】
前記筐体は、前記加熱対象部上を移動可能な車輪と、前記加熱部を前記加熱対象部に接近又は離間させる昇降機構と、を有することを特徴とする請求項５に記載の歪み取り装置。
【請求項７】
加熱コイルに高周波磁束を発生させて熱源を生成し、該熱源による加熱と冷却流体による冷却とを施して溶接により生じた歪みを除去する歪み取り方法であって、
加熱対象部を囲んで冷却空間を形成し、前記熱源により前記加熱対象部を加熱し、加熱を継続したまま前記冷却空間に前記冷却流体を放出し、前記冷却空間から前記冷却流体を排出して前記加熱対象部を冷却する、ことを特徴とする歪み取り方法。
【請求項８】
前記冷却流体の放出は、加熱開始から所定時間経過後に開始され、冷却終了と同時に終了される、ことを特徴とする請求項７に記載の歪み取り方法。
【請求項９】
前記所定時間は、前記加熱対象部の温度が目標加熱温度に達する前の時間に設定される、ことを特徴とする請求項８に記載の歪み取り方法。
【請求項１０】
前記目標加熱温度は、前記加熱対象部の板厚の１／３に相当する深さまで加熱することができる温度に設定される、ことを特徴とする請求項９に記載の歪み取り方法。
【請求項１】
熱源を生成する加熱コイルと該加熱コイルに配置される磁性体とを有する加熱部と、前記加熱コイルに高周波磁束を発生させるトランス部と、加熱対象部に冷却流体を放出する冷却流路と、を備えた歪み取り装置であって、
前記加熱部の外周を囲むとともに前記加熱部と前記加熱対象部との間に冷却空間を形成するガイド壁を有し、該ガイド壁よりも内側に前記冷却流路が配置され、前記ガイド壁には前記冷却流体を排出する複数の開口部が形成されている、ことを特徴とする歪み取り装置。
【請求項２】
前記ガイド壁を有する加熱部を前記開口部が連通するように複数配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項３】
前記冷却流路は、前記加熱部の中心部、前記加熱コイルと前記磁性体との間、前記磁性体と前記ガイド壁との間又は前記加熱コイルのいずれかに形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項４】
前記トランス部は、絶縁オイル内に浸漬されている、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項５】
前記トランス部を収納した筐体を有し、前記加熱部は前記筐体の先端部又は先端部側面に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の歪み取り装置。
【請求項６】
前記筐体は、前記加熱対象部上を移動可能な車輪と、前記加熱部を前記加熱対象部に接近又は離間させる昇降機構と、を有することを特徴とする請求項５に記載の歪み取り装置。
【請求項７】
加熱コイルに高周波磁束を発生させて熱源を生成し、該熱源による加熱と冷却流体による冷却とを施して溶接により生じた歪みを除去する歪み取り方法であって、
加熱対象部を囲んで冷却空間を形成し、前記熱源により前記加熱対象部を加熱し、加熱を継続したまま前記冷却空間に前記冷却流体を放出し、前記冷却空間から前記冷却流体を排出して前記加熱対象部を冷却する、ことを特徴とする歪み取り方法。
【請求項８】
前記冷却流体の放出は、加熱開始から所定時間経過後に開始され、冷却終了と同時に終了される、ことを特徴とする請求項７に記載の歪み取り方法。
【請求項９】
前記所定時間は、前記加熱対象部の温度が目標加熱温度に達する前の時間に設定される、ことを特徴とする請求項８に記載の歪み取り方法。
【請求項１０】
前記目標加熱温度は、前記加熱対象部の板厚の１／３に相当する深さまで加熱することができる温度に設定される、ことを特徴とする請求項９に記載の歪み取り方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２７９６０６（Ｐ２００９−２７９６０６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３３０１１（Ｐ２００８−１３３０１１）
【出願日】平成２０年５月２１日（２００８．５．２１）
【出願人】（５０２４２２３５１）株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド (159)
【出願人】（３９２０１７３９２）熱産ヒート株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２１日（２００８．５．２１）
【出願人】（５０２４２２３５１）株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド (159)
【出願人】（３９２０１７３９２）熱産ヒート株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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