JPH0410379A - 磁気利用の回転式金属加熱方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、金属をアニーリングなどの処理を施す磁気利
用の回転式金属加熱方法並びにその装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、金属を焼入れなどの各種処理を施すべく加熱す
る方法及び装置としては、種々のものが知られるところ
である。これを大別すれば、第１に電熱線、セラミック
ヒータ、等の電気抵抗発熱体に通電し、この時発生する
ジュール熱によって耐火坩堝、耐火煉瓦製容器を加熱し
て内部の被加熱金属を溶融やその他各種の処理をすべく
間接加熱や電気抵抗発熱体の輻射熱を利用して加熱する
方法がある。第２に、灯油、重油、石炭、ガス等の化石
燃料を燃焼させて耐火坩堝、耐火煉瓦製容器を加熱し、
内部の被加熱金属を加熱する間接加熱や耐火坩堝又は耐
火煉瓦製容器の輻射熱利用による加熱方法である。第３
に、商用電源を高周波電源に変換し、該高周波電源を誘
導コイルに供与して高周波交番磁界を発生せしめ、該高
周波磁界中に被加熱金属を晒すと、被加熱金属に二次電
流が流れてジュール熱により自己発熱する誘導加熱方法
がある。誘導加熱方法は、被加熱金属を急速加熱でき、
又局部加熱も可能であり、更に高周波誘導のために表皮
効果が発生することから被加熱金属の表面のみ加熱して
表面焼入れをするのに利用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記第１の加熱方法では、電気抵抗発熱
体に許容最高温度を有して、この許容最高温度によって
被加熱金属の加熱温度が制約されて、該許容最高温度以
上の温度で加熱し得す、又高温度にすればする程寿命が
短命化するといった問題がある。上記第２の方法は、燃
料費の価格が低廉であるが、燃焼エネルギーを被加熱金
属に加える加熱効率が低く、又被加熱金属の加熱温度を
調節する際の燃焼の制御が煩雑で制御装置が大掛かりな
ものになるなどの問題がある。第３の方法は、商用電源
から高周波出力を得るために高価で大型の高周波電源装
置を必要とし、又加熱効率も良いものではなく、かつ高
周波利用のために他の装置へのノイズ混入の問題がある
。更に、高周波利用による表皮効果のために内部が加熱
されず、内部まで加熱を必要とする形状の大きな塊には
不向きである。しかも近年、表面の焼入れに際しても、
被加熱金属の全体を加熱し、その後表面のみを象、冷し
て焼入れ処理をする方法が採用され、これによると、内
部をも加熱するので、表面のみならず内部のストレスを
も除去し得るためであるが、高周波誘導加熱によると表
皮効果のために表面のみの加熱になって内部のストレス
を除去し得ないといった問題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、外部より加熱媒体
を介さずに加熱エネルギーを受けて自己発熱することで
効率よくかつ急速加熱も可能で、しかも表面のみならず
内部をも充分に加熱でき、又高周波誘導加熱の如き大掛
かりで高価な電源設備が不用で利便性が高い磁気利用の
回転式金属加熱方法並びにその装置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〕

本発明は、上記目的を達成すべくなされたもので、請求
項（１）では被加熱金属を直流磁界中に臨ませておき、
この直流磁界を作用させた状態で上記被加熱金属を強制
的に回転させて、該被加熱金属を鉄用や渦電流損により
自己発熱させてなる磁気利用の回転式金属加熱方法を特
徴とするものである。請求項（２）では、上記被加熱金
属を回転中心から、回転周面方向に向けて磁束を供与さ
せてなる請求項（１）記載の磁気利用の回転式金属加熱
方法を特徴とするものである。請求項（３）では、直流
磁界を発生させる磁界発生装置と、該磁界発生装置によ
る直流磁界中に脱離自在に配置される被加熱金属と、該
被加熱金属を磁界発生装置による直流磁界を作用させた
状態で強制的に回転させるための駆動装置とから成る磁
気利用の回転式金属加熱装置を特徴とするものである。

請求項（４）では、上記被加熱金属がドーナツ形状の断
熱容器に収納されて、該断熱容器の中心の孔に、断熱容
器内の被加熱金属に向けて磁束を供与するための第２の
磁界発生装置を配設してなる請求項（３）記載の磁気利
用の回転式金属加熱装置を特徴とするものである。

〔実　施　例〕

以下に、本発明に係る磁気利用の回転式金属加熱方法並
びにその装置の実施例を図面に基づき説明する。まず、
第１図及び第２図に示す第１実施例の回転式金属加熱装
置について説明すれば、図中１は基台である。該基台ｌ
の上には支持座２を介して上面が開口するコ字形状に組
付けた継鉄３を据え付ける。継鉄３の両側壁には磁極４
，５を、対向間隔が調節可能に可動自在に装着させであ
る。

各磁極４．５にはコイル６．７をそれぞれ巻装し、各コ
イル６．７に直流の励磁電流を供与させて−方の磁極４
にＮ極を、又他方の磁極５にＳ極を生ぜしめて、一方の
磁極４から他方の磁極５に至る磁束を発生させる。つま
り磁極４，５とコイル６゜７とは磁界発生装置としであ
る。継鉄３の底壁には、被加熱金属８が収納される断熱
容器９を上記磁極４．５間に位置させてベアリング１０
の介在により回転自在に軸支する。断熱容器９は、被加
熱金属８の収納及び取り出しが可能に回転軸１１に対し
て脱離自在になっている。上記回転軸１１は、カップリ
ング１３を介して基台１上に据え付けた駆動装置１２に
連結させである。上記継鉄３、ｍ極４，５は、鉄、ニッ
ケル、コバルト、又はこれらの合金、粉末冶金、珪素鋼
板、軟質フェライト、鋳鉄等の強磁性体から成っている
。一方、被加熱金属８としては、鉄、非鉄金属、合金等
固有電気抵抗の低い電気伝導率の比較的良いものであれ
ば各種のものの処理が可能であり、形状もコイル状の薄
板、塊、板、小塊、粒、粉末、溶融物、線条等が可能で
ある。又、上記駆動装置１２は、電動モータ、タービン
回転機、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の各
種動力源を利用し得る。

次に第１実施例の加熱方法について説明すれば、まず、
断熱容器９内に被加熱金属８を収納させるが、該被加熱
金属８の種類や形状及び量などに応じ断熱容器９を選定
して、磁極４，５間に配設し、この時、磁極４．５と断
熱容器９との相互間には、該断熱容器９が磁極４．５と
接触せずに回転できる程度の間隙を保有させるべく磁極
４．５を継鉄３に対して可動させて調節しておく。上記
駆動装置１２により被加熱金属８の収納された断熱容器
９を回転させ、次いで各コイル６．７に直流の励磁電流
を供与させる。これにより、一方の磁極４から断熱容器
９内の被加熱金属８を経て他方の磁極５に至る磁束が生
じる。磁極５に到達した磁束は継鉄３を経て上記磁極４
に戻る閉ループになっている。従って、断熱容器９内の
被加熱金属８は貫通する磁束を切りながら回転すること
から、強磁性体にあっては鉄損及び渦電流損が発生して
、その相乗効果で自己発熱で加熱され、又非鉄金属の場
合には渦電流損によって自己発熱して加熱される。被加
熱金属８の加熱温度は、その材質や融点、その他の焼入
れなどの各種の処理条件によって設定するが、上記コイ
ル６．７に供与される励磁電流の値を調節することで制
御できる。この励磁電流には定電流特性を持たせておく
ことが好ましく、コイル６．７が温度変化で直流抵抗値
の変動や供給電源の電圧変動によっても、被加熱金属８
を貫通する磁束の量が変化しないようにする。

断熱容器９は駆動装置１２により低回転で回転させて、
被加熱金属８内に誘起される超低周波（０，１Ｈｚ〜数
百Ｈｚ　）の渦電流で加熱されて、外部装置へノイズの
混入等の支障を招くことがない。

第３図は第２実施例を示し、上記第１実施例を縦形とす
れば、この縦形に対して横形式としたものである。つま
り、基台Ｉ上に口字形状の継鉄１４を固設し、該継鉄１
４の上壁と下壁とに磁極１５．１６を対向方向に可動可
能に装着する。各磁極１５．１６にはコイル１７．１８
を巻装することは上記第１実施例と同様である。磁極１
５．１６の相互間には回転駆動される断熱容器１９を配
設する。断熱容器１９にはその回転軸２０が継鉄１４の
両側壁を貫通して延出させてあって、一方か支持台２１
上にベアリング２２を介在させて支承さ６１、他方もヘ
アリング２３を介在させて据え付は台２４に支承されて
いてかつカンブリング２７を介して駆動装置２５と連結
されている。

第２実施例の場合も第１実施例と同様に断熱容器１９内
に被加熱金属２６を投入した後、駆動装置２５にて該断
熱容器１９を低回転数で回転させ、かつ上記コイル１７
．１８に第１実施例と同様に直流の励磁電流を供与する
。従って、一方の磁極１５から他方の磁極１６に向かう
磁束中を断熱容器１９が回転をして、その結果断熱容器
１９内の被加熱金属２６中に鉄損や渦電損が生じて自己
発熱する。磁束は、磁極１６から流れ出て継鉄Ｉ４で上
下に分流し、再び磁極１５で合流する如く流れる。その
他は第１実施例と同じである。

第４図は、第３実施例を示し、上記第２実施例における
継鉄１４が回転軸２０の軸線と平行な面で閉ループを形
成するのに対し、継鉄２８が回転軸２０の軸線と直交す
る面で閉ループを形成するもので、その他は第２実施例
と同一である。

第５図は第４実施例を示すもので、上記第３実施例を示
す第４図において磁極１５．１６から左側部分の継鉄を
省略したコ字形状の継鉄２９を用い、かつ該継鉄２９の
立ち上がり壁部にコイル３０を巻装したもので、第３実
施例の如く磁極１５１６にはコイルを巻装していない。

従って、コイル３０に第３実施例と同様に直流の励磁電
流を供与すれば、これにより発生する磁束は、コ字形状
の継鉄２９、一方の磁極１５、回転駆動される断熱容器
１９内の被加熱金属２６、他方の磁極１６及び継鉄２９
に至る如く還流する。その他は第３実施例と同じである
。

第６図は、第５実施例を示すもので、第３実施例を示す
第４図において、磁極１５．１６より左側部分を省略し
た継鉄３１を用いたもので、磁極１６から流れ出る磁束
が継鉄３Ｌ磁極１５、回転駆動される断熱容器１９内の
被加熱金属２６を経て磁極１６に戻る如く還流する。そ
の他は第３実施例と同しである。

第７図乃至第９図は第６実施例を示すもので、上記第１
実施例乃至第５実施例に回転電磁石３２を追加したもの
である。つまり、第１実施例乃至第５実施例では、被加
熱金属８，２６が収納される断熱容器９．Ｉ９に近接し
て磁極４，５．１５１６を配設させであるが、被加熱金
属８，２６の材質や性状等によっては、その中央部分で
磁極４゜５．１５．１６から生ずる磁力線が不足する場
合があり、又断熱容器９．１９を回転させて内部に収納
した被加熱金属８．２６の中心部分と外周部分との周速
差により鉄損、渦電流損による自己発熱の量にも差が生
ずる場合があり、これを回転電磁石３２で補うようにし
たものである。そのため本実施例では第７図に示す如く
、断熱容器３３を中央に貫通孔３４があるドーナツ形状
に形成し、該断熱容器３３が載置される回転テーブル３
５を継鉄３，１４，２８，２９，３１、若しくは基台１
にヘアリング３６を介して回転自在に支承させである。

回転テーブル３５にはスプロケット３７を有して駆動装
置３８側のスプロケット３９との間にチェーン４０が掛
回されるようになっている。

駆動装置３８は、基台１上に据え付けられて、カップリ
ング４１を介して上記スプロケット３９の回転軸４２に
連結する。スプロケット３９の回転軸４２は、支持台４
３にベアリング４４を介して回転自在に支承させである
。断熱容器３３の貫通孔３４内には回転可能に適宜間隙
を持たせて回転電磁石３２を配設する。回転電磁石３２
は、第７図乃至第９図に示す如く、回転軸４５に上記継
鉄３．１４，２８，２９．３１と同し材質の磁極４６を
固設し、該磁極の上下方向にコイル４７を巻装、つまり
第９図に示す如（回転軸４５の軸線に対して直交する方
向の磁力線が生ずる如く巻装する。該回転軸４５はベア
リング５３を介して継鉄３　１４．２Ｂ、２９．３１又
はその他の支持台に回転自在に支持させると共に、カッ
プリング４８を介して駆動装置４９に連結する。駆動装
置４９は、基台１に据え付ける。又、回転軸４５にはス
リップリング５０を有して、外部からブラシ５１、スリ
ップリング５０を介して上記コイル４７に直流の励磁電
流が供与されるようになっている。

面、回転電磁石３２と駆動装置４９とを連結する動力伝
達機構は、上記に限らずベルトやギア等を用いることも
てき、又直接回転駆動させることもできる。駆動装置３
８．４９は第１実施例と同様に各種のものが適用され、
又減速機を付設しての利用も可能である。

次に上記第６実施例の加熱方法を説明すれば、第１実施
例及び第５実施例と同様に磁極４，５゜１５．１６から
生ずる磁束中で、駆動装置３８により断熱容器３３を回
転させると、その磁束による鉄損及び渦電流損により自
己発熱して、断熱容器３３内の被加熱金属５２が加熱さ
れる。この時、回転電磁石３２は駆動装置４９で回転す
る。回転電磁石３２は、コイル４７に直流の励磁電流を
供与セしめて第９図に破線で示す如く磁束を発生させて
おく。回転電磁石３２から発生する磁束は、断熱容器３
３の貫通孔３４から被加熱金属５２に作用して、鉄損及
び渦電流損によって自己発熱させて加熱する。従って、
回転電磁石３２から発生する磁束は、上記磁極４，５，
１５．１６から生ずる磁束が充分浸透し得ない断熱容器
３３内の中心部分を加熱して補い、これにより断熱容器
３３内の被加熱金属５２を内外から均一に加熱する。

上記回転ｉｆ電磁石２は、上記磁極４６、及びコイル４
７に代えて永久磁石の利用も可能である。上記回転電磁
石３２又は永久磁石は、必ずしも回転させる形式にしな
ければならないものではなく、固定形式であっても、断
熱容器３３が回転することから、上記の如く発生する磁
束で加熱できる。

本実施例では、断熱容器３３が貫通孔３４を有するドー
ナツ形状であることから、被加熱金属５２としては、コ
イル状に巻回された鉄板、銅板、アルミ板、その他の金
属板又は金属線材や金属塊に限定される。又、第７図で
は第１図に示す第１実施例を利用したが、第２実施例乃
至第５実施例にも適用できることは勿論である。

第１０図乃至第１２図は、第７実施例を示し、上記第６
実施例の回転電磁石３２に代えて交番磁界誘導加熱装置
５４を用いたものである。該交番磁界誘導加熱装置５４
は、第１１図に示す如く磁束が下部の継鉄５５、磁極５
６、上部の継鉄５７、及び磁極５８に順に流れる如く口
字形状に配設し、上部の継鉄５７が第１２図に示す如く
、磁極５８を支点にして回動自在に磁極５６の上端との
間で離間自在になっている。この離間によって、第６実
施例のドーナツ形状の断熱容器３３の装脱が自在になっ
ている。他方、磁極５８にはコイル５９を巻装する。該
コイル５９には交番の励磁電流を供与するようになって
いる。励磁電流の値は、被加熱金属５２の材質や性状、
その地熱処理すべき条件に応じて設定でき、又定電流特
性を持たせてされるものではなく、固定状態で磁極４，
５．［極５６は、１５．１６の相互間の中央に配設され
るようになっている。継鉄５５，５７、磁極５６゜５８
は、ニッケル鋼板、軟質磁性フェライト、珪素鋼板等軟
質磁性材から成って、交番磁界中で磁化しても鉄損、渦
電流損の少ないものを使用する。

本実施例においても、第６実施例と同様に、磁極４，５
，１５．１６により発生する磁束中で断熱容器３３を回
転させて、該断熱容器３３内の被加熱金属５２を熱処理
するが、断熱容器３３内の中心付近の被加熱金属５２に
は回転する風速が遅く充分に自己発熱による温度が得ら
れない場合がある。これを上記交番磁界誘導加熱装置５
４が補うものである。つまり、コイル５９に交番の励磁
電流を供与すれば第１１図に示す矢印の如く交番磁束が
流れ、該交番磁束により磁極５６の周囲の断熱容器３３
内の被加熱金属５２に上記交番周波数の二次誘導電流が
誘起し、該二次誘導電流によりジュール熱が発生して自
己発熱する。この発熱量は、磁極５６に近い程多く、従
って上記磁極４゜５．１５．１６による磁束が浸透し難
い部分はど発熱量が補われることになる。被加熱金属５
２の熱処理が終了すれば、第１２図に示す如く、断熱容
器３３の回転を停止させ、次いで磁極５８を支点にして
上部側の継鉄５７を回動させて、磁極５６の上端から継
鉄５７を離間させた後、断熱容器３３を磁極５６から抜
出させ、次いで該断熱容器３３内から熱処理が終了した
被加熱金属５２を取り出す。次に熱処理をすべき被加熱
金属５２を断熱容器３３内に収納して、該断熱容器３３
を磁極５６に装着し、更に継鉄５７の開放自在な端部を
磁極５６上に接触させてセットし、以後上記動作を繰り
返す。

尚、第１０図において、６０は下部の継鉄５５を受ける
台座である。

第１３図及び第１４図は、上記第１実施例乃至第３実施
例、第５実施例及び第６実施例において、磁極４，５，
１５．１６の極数を３極及び４極に増加させたもので、
図示しないが更に極数を増加させ得ることはもとよりで
あり、又その磁極Ｐ〜Ｐ、と該磁極Ｐ、〜Ｐ４に巻装さ
れたコイルｃ１〜Ｃ４に代えて永久磁石を使用すること
も可能である。

第１５図は正面図、第１６図は、上面で、上記各実施例
において、磁極４，５，１５．１６及びコイル６．７，
１７．１８に代えて、空心コイル６１．６２を用いたも
ので、基台１上に架設した台座６３に支持させて、第１
６図に示す如く被加熱金属８，２６．５２が収納された
断熱容器９゜１９．３３を挟んで左右Ｎ、Ｓ方向に配設
した空心コイル６１．６２が被加熱金属８，２６．５２
の出し入れ時に、矢印方向に可動させることができるよ
うになっている。そして、各空心コイル６１．６２は直
流の励磁電流を供与すれば断熱容器９．１９．３３内を
貫通する磁束が生じ、この磁束によって断熱容器９，１
９．３３内の被加熱金属８，２６．５２に上記各実施例
と同様に鉄損や渦電流損が生じて自己発熱する。又上記
空心コイル６１．６２に供与する励磁電流の値は、調節
自在でかつ定電流特性を持たせておくことも上記各実施
例と同様である。

〔発明の効果］ 以上の如く、本発明に係る磁気利用の回転式金属加熱方
法並びにその装置によれば、電気抵抗発熱体やガスによ
る間接加熱及び輻射熱による方法とは異なり、磁気利用
による鉄損や渦電流損で直接自己発熱させて加熱するの
で、加熱効率が良好で急速加熱も可能であり、断熱容器
の回転による低周波加熱方式のために他の装置へのノイ
ズ混入といった問題の発生がない。特に被加熱金属の材
質によっては、断熱容器の回転中心部付近の加熱が充分
でない時は、断熱容器をドーナツ形にしてその中央の孔
から断熱容器内の被加熱金属中に磁界を作用させること
で、断熱容器の中心部付近の被加熱金属の加熱量を補っ
て、全体を均一に加熱し得、又加熱量も上記磁束の量を
調節することで簡易に行い得て、制御装置も大型化せず
低廉に製作し得る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る磁気利用の回転式金属加熱方法並
びにその装置の実施例を示し、第１図は第１実施例の構
造を示す縦断面図、第２図は第１図の要部を示す平面断
面図、第３図は第２実施例の構造を示す縦断面図、第４
図は第３実施例の要部形状を示す要部断面図、第５図は
第４実施例の要部形状を示す側面図、第６図は第５実施
例の要部形状を示す側面図、第７図は第６実施例の構造
を示す縦断面図、第８図は第７図の要部を示す平面断面
図、第９図は第７図の回転電磁石の構造を示す平面図、
第１０図は第７実施例の構造を示す縦断面図、第１１図
は第１０図の交番磁界誘導加熱装置の構造を示す正面図
、第１２図は第１１図の交番磁界誘導加熱装置の上部側
の継鉄の開閉を示す説明図、第１３図及び第１４図は第
１実施例乃至第７実施例の変形例を示す構造図、第１５
図は第８実施例を示す構造図、第１６図は第１５図の要
部を示す説明用平面図である。 ３．１４．２Ｂ、２９゜ ３１．５５．５７・・・継鉄、 ４．５，１５，１６゜ ４６．５６．５８・・・磁極、 ６．７．１７．１８゜ ３０．４７．５９・・・コイル、 ８．２６．５２・・・被加熱金属、 ９．１９．３３・・・断熱容器、 １２．２５．３８．４９・・・駆動装置、３２・・・回
転電磁石、 ５４・・・交番磁界誘導加熱装置、 ６１．６２・・・空心コイル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱金属を直流磁界中に臨ませておき、この直
   流磁界を作用させた状態で上記被加熱金属を強制的に回
   転させて、該被加熱金属を鉄損や渦電流損により自己発
   熱させてなることを特徴とする磁気利用の回転式金属加
   熱方法。
2. （２）上記被加熱金属を回転中心から、回転周面方向に
   向けて磁束を供与させてなることを特徴とする請求項（
   １）記載の磁気利用の回転式金属加熱方法
3. （３）直流磁界を発生させる磁界発生装置と、該磁界発
   生装置による直流磁界中に脱離自在に配置される被加熱
   金属と、該被加熱金属を磁界発生装置による直流磁界を
   作用させた状態で強制的に回転させるための駆動装置と
   から成ることを特徴とする磁気利用の回転式金属加熱装
   置。
4. （４）上記被加熱金属がドーナツ形状の断熱容器に収納
   されて、該断熱容器の中心の孔に、断熱容器内の被加熱
   金属に向けて磁束を供与するための第２の磁界発生装置
   を配設してなることを特徴とする請求項（３）記載の磁
   気利用の回転式金属加熱装置。