JPS63317630A - 誘導加熱装置 - 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〕 本発明は誘導加熱装置に関するもので、特に帯状金属材
料（￥Ｆｉ、箔）の連続誘導加熱装置に適した誘導加熱
装置に関する。

〔従来の技術〕

一般の誘導加熱装置では導電性物質に近接してインダク
タまたは加熱コイルを設ける。加熱コイルには交番磁界
を発生せしめ、電磁誘導作用によって前記導電性物質に
渦電流■を発生させる。この導電性物質に固有の電気抵
抗Ｒによって、導電性物質にはジュール熱Ｉ２　Ｒが発
生する。

従来から、例えば特公昭５５−３６２５０号と特開昭５
１−１３８９３７号でも開示されているように帯状金属
材料の焼鈍等に誘導加熱装置が用いられている。このよ
うな帯状金属材料の加熱に対して誘導加熱方式を適用す
るための方法として、第７図（１）に示される縦方向磁
束加熱方法（Ｌｏｎｇｉ−ｔｕｄｉｎａｌ　ｆｌｕｘ　
ｈｅａｔｉｎｇ法）と第７図（２）に示される直交方向
磁束加熱方法（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　　ｆｌｕｘ　ｈ
ｅａｔｉｎｇ法）とがある。

直交方向磁束加熱方法の一例を第８図に示す。

同図に於て、１．２は一定距離離間して対向配置され且
つ所定距離おいて対向面に凹部Ｉｓ、２ｓが形成されて
いる鉄心１ａ、２ａと、前記各凹部１３．２３に収納さ
れ、且つ巻きはじめと巻き終りとが近接した位置から引
き出されるようにほぼ四辺形状に巻回された誘導加熱コ
イルｌｂ、２ｂとからなる誘導加熱インダクタの相対向
する上辺、下辺である。５は誘導加熱インダクタ１，２
間の空間を移動しながら誘導加熱処理される帯状金属材
料である。

直交方向磁束加熱方法は鉄心１，２を用いるため、誘導
加熱処理される金属材料５が磁性材料である場合、発生
する強い電磁力により鉄心１．　２に金属材料５が吸引
されて著しく走行が阻害されるため、直交方向磁束加熱
方法はアルミニウム、オーステナイトステンレス鋼等の
ような非磁性材料の加熱に用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第９図は、直交方向磁束加熱方法によりオーステナイト
ステンレス鋼のような帯状金属材料５を誘導加熱した場
合の断面図及び帯状金属材料に生ずる２次電流１２０分
布状態を示す。帯状金属材料５は相対向する断面「凹」
字形鉄心１ａ、２ａの間を矢印ａ方向に進む。磁束φは
、例えば図示の矢印方向に発生させて、磁気回路を形成
する。

第９図（１）のように発生される磁束φにより帯状金属
材料５には第９図（２）で示されるような２次電流１２
が生じる。この２次電流１２により帯状金属材料５が加
熱される。このように加熱されながら帯状金属材料５は
矢印ａ方向に移動する。その結果帯状金属材料５の幅方
向の大部分は、均一な温度分布で加熱されることになる
。

しかし、帯状金属材料５のエツジ部５ａには、それに加
えてエツジ部を長手方向に流れる２次電流による加熱が
加わる。この結果、エツジ部５ａは過熱することになり
、幅方向への均一加熱が困難になる。

このような従来法であっても、第９図（２）に示すよう
に鉄心１ａ、２ａの端部が帯状金属材料５より白画の、
ある一定距離にあるように鉄心１ａ＋２ａを配置すれば
、はぼ均一加熱パターンが得られる。しかし従来法に於
て鉄心１ａ、２ａの端部が帯状金属材料５のエツジにほ
ぼ等しいか又はエツジより外側にあるように鉄心１ａ、
２ａを配置する場合は前述したように帯状金属材料５の
エツジ部５ａの過熱を回避することはできなかった。

以上説明したように、直交方向磁束加熱方法による帯状
金属材料の誘導加熱に於ては、帯状金属材料の幅方向の
均一加熱が難しいということで、及び同一の誘導加熱イ
ンダクタで各種の幅を有する種々の帯状金属材料を均一
加熱することが困難であるということの２つの欠点があ
った。特開昭５５−３６２５０　（公知例１という）及
び特公昭５５−３６２５０　　（公知例２という）は、
これらの欠点を解ン０して直交方向磁束加熱方法による
帯状金属材料の幅方向の均一誘導加熱を行うことを目的
とする装置の提案である。第１０図は誘導加熱装置を帯
状金属材料５の幅方向に切って、帯状金属材料５を中心
に上部領域■、下部領域■、左側部領域■、右側部領域
■及び帯状金属材料５がその長手方向に移動するに必要
な空間領域Ｖの５つの主要領域に分割した図を示す。勿
論公知例１及び公知例２で用いられる誘導加熱装置も第
１０図に示したように少なくも５つの主要領域に分ける
ことができる。公知例１、及び公知例２で用いられる誘
導加熱インダクタが共通する点は、１）第８図に示すよ
うな鉄心１ａ、２ａと、誘導加熱コイルｌｂ、２ｂとか
ら構成されている点、２）帯状金属材料５のエツジ部５
ａの磁束密度制御を行なうために、公知例１及び公知例
２が夫々に特徴を持つ磁束制御部材を付属した鉄心１ａ
、２ａを備えている点、３）磁束制御部材を付属した鉄
心１ａ＋２ａが第１０図に於ける５つの領域のうち、上
部領域工及び下部領域■に属し左側部領域■及び右側部
領域■には属していない点、及び４）帯状金属材料５が
領域■に属しているという４つの点である。即ち、公知
例１及び公知例２を含む従来の直交方向磁束加熱方法で
は第１０図に示した左側部領域■及び右側部領域■には
帯状金属材料５のエツジ部５ａの磁束密度制御を行って
均一加熱するための磁束制御部材又は装置は備えられて
いなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の主たる目的は直交方向磁束加熱方法による帯
状金属材料の誘導加熱に於ては、帯状金属材料の幅方向
の均一加熱が難しいという欠点を解消して、幅の異なる
帯状金属材料を常に均一加熱し得る、公知例１及び公知
例２とは異なる誘導加熱装置を提供することにある。

この発明の要旨は、帯状金属材料をその長手方向に走行
させながら誘導加熱する誘導加熱装置に於て、所定距離
離間して対向配置され且つ所定距離おいて対向面に凹部
が形成されている鉄心と、前記各凹部に収納され、且つ
巻きはじめと巻き終りとが近接した位置から引き出され
るようにほぼ四辺形状に巻回された誘導加熱コイルとか
らなる誘導加熱インダクタの相対向する上辺、下辺の間
であって、前記帯状金属材料の幅方向両端部分を覆う位
置に夫々磁束集中部材を備え、また前記磁束集中部材を
前記帯状金属材料の幅方向及び長手方向に又両方向に移
動自在とした移動調整装置に連設してなる誘導加熱装置
を提供する。

〔実施例〕

第１図（１）、　（２）はこの発明の一実施例の誘導加
熱装置の側面断面図及び正面断面図を示す。本実施例は
、帯状金属材料５をその長手方向に走行させながら誘導
加熱する誘導加熱装置に於て、一定路Ｍｌ　ｇｌｔ間し
て対向配置され、且つ所定距離おいて対向面に凹部］、
ｓ、２ｓが形成された鉄心１ａ、２ａと、各凹部ｉｓ、
２ｓに収納され、且つ巻きはじめと巻き終りとが近接し
た位置から引き出されるようにほぼ四辺形状に巻回され
た誘導加熱コイルｌｂ、２ｂとからなる誘導加熱インダ
クタの相対向する上辺１、下辺２の間にあって、帯状金
属材料５の幅方向両端部分を覆う位置に夫々「コ」字形
磁束集中部材６１．６２を備え、「コ」字形磁束集中部
材６１．６２を帯状金属材料５の幅方向及び長手方向に
又両方向に移動自在とした移動調整装置７１．７２に連
設していることである。

勿論、簡易的には、予め位置を決めて上辺、下辺のイン
ダクタ１，２０間で半固定式とすることも可能である。

更に本発明が公知例１及び公知例２と相異する点は、本
発明の鉄心１ａ、２ａは従来から用いられているもので
特別の磁束制御部材を附属していない点、及び「コ」字
形磁束集中部材６１．６２が第１０図に示した左側部領
域■及び右側部領域■に属して備えられている点である
。

「コ」字形磁束集中部材６１．６２の形状、寸法につい
て更に詳細に第２図により説明する。第２図は本実施例
の誘導加熱装置右辺側の正面部分拡大図を示す。磁束集
中部材６１．６２の形状、寸法は左右対称とする。

「コ」字形磁束集中部材６１．６２の凹部と凹部の間を
通る帯状金属材料５の端部とがラップする部分の幅Ｗ、
「コ」字形磁束集中部材６１．６２の上辺ａ、下辺すの
内面空隙間隔ｇ１、「コ」字形磁束集中部材６１．６２
の垂直部Ｃ内面と帯状金属材料５のエツジＥとの空隙間
隔ｇ２、「コ」字形磁束集中部材６１．６２の長さＬｙ
、及び「コ」字形磁束集中部材６１．６２と鉄心１ａ。

２ａとの間の空隙間隔ｇ３．ｇ４について説明する。ｇ
ｌ、及びｇ２は主として本発明の誘導加熱装置を構成す
る誘導加熱インダクタ１．２と「コ」字形磁束集中部材
６１．６２により囲まれる空間を走行しながら誘導加熱
される帯状金属材料５の走行性と関連する。ｇｌは帯状
金属材料５の端部が「コ」字形磁束集中部材６１．６２
の上下水平部ａ、ｂ間の中心部を通るように帯状金属材
料５の厚み【より大とする。ｇｌを大きくすることは帯
状金属材料５の走行性を良くする反面、相対向する上辺
、下辺の誘導加熱インダクタ１，２間の間隔Ｇｃが大き
くなりそのため帯状金属材料５が加熱されにく（なるの
でｇｌをむやみに太き（しないほうが好ましい。ｇ２は
帯状金属材料５の端部が走行中に「コ」字形磁束集中部
材６１．６２の垂直部Ｃと接触しないように、特に走行
する帯状金属材料５の最大蛇行量Ｓを考慮して選ぶこと
が好ましい。一般的には最大蛇行Ｑｓよりも１ａ龍以上
余裕をとるほうが好ましい。ｇ３．ｇ４は「コ」字形磁
束集中部材６１．６２が相対向する上辺、下辺の誘導加
熱インダクタ１．２の間を帯状金属材料５の幅方向に移
動するに必要な空隙である。ｇ３．ｇ４もｇ２と同様で
Ｇｃを大きくしないように必要最少限にすることが好ま
しい。

次にＷについて説明する、Ｗは帯状金属材料５の幅方向
、特に端部温度分布の均一性に関連する。

Ｗについて第３図で模式図を用いて説明する。第３図は
誘導加熱して得られる帯状金属材料５の幅方向温度分布
を示す図である。温度分布Ａは本発明の誘導加熱装置を
構成する誘導加熱インダクタ１．２を用いて「コ」字形
磁束集中部材６１．６２を備えていない場合である。Ｂ
は、目標温度Ｔ（℃）、許容温度幅±ΔＴ／２　（”Ｃ
）の均一加熱条件のある場合の目標温度帯域である。目
標温度帯域Ｂの上限と温度分布Ａとの交点Ｐと帯状金属
材料５のエツジ８間の距離をＷｅとすると、「コ」字形
磁束集中部材６１．６２の凹部と凹部の近傍を通る帯状
金属材料５の端部とがラップする部分の幅Ｗは経験的に
Ｗｅ以下とするのが好ましく、その範囲でＷを選定すれ
ば帯状金属材料５の幅方向温度分布の均一性が良好とな
った。Ｗが決まれば、「コ」字形磁束集中部材６１．６
２の上下水平部ａ、ｂの幅ｗｙは、Ｗｙ＝ｗ＋ｇ２とな
る。

Ｗの符号は、帯状金属材料５と「コ」字形磁束集中部材
６１．６２とがランプする場合を正符号、ランプしない
場合を負符号とする。

次にＬｙについて説明する。ＬｙはＷと同様に帯状金属
材料５の幅方向、特に端部温度分布の均一性に関連する
。「コ」字形磁束集中部材６１゜６２は帯状金属材料５
の誘導加熱中に、第９図（２）に示した帯状金属材料５
のエツジ部５ａに集中する２次電流を分散させるように
磁束を制御するために設けられる。「コ」字形磁束集中
部材６１゜６２は誘導加熱インダクタの相対向する上辺
１、下辺２０間にあって被加熱材料５の誘導加熱に寄与
する磁束を制御するために設けられるものであるから、
「コ」字形磁束集中部材６１．６２の長さＬｙは鉄心１
ａ、２ａの長さＬｃとほぼ等しくする。実施例で説明し
た「コ」字形磁束集中部材以外にも第４図に示すように
、例えば「〉」形磁束集中部材、「口」形磁束集中部材
等を選ぶこともできる。また「コ」字形磁束集中部材６
１，６２の長さｔ、ｙは鉄心１ａ、２ａの長さＬｃとほ
ぼ等しくする以外に、第５図に示すように「コ」字形磁
束集中部材６１．６２を長手方向に分割してスペーサ、
例えばセラミックス等を挾む構造にすることもできる。

「コ」字形磁束集中部材６１．６２の材料は積層鉄心、
線状結束鉄心、あるいはフェライトコアー等の焼結系成
型鉄心等が用いられる。また、「コ」字形磁束集中部材
６１．６２は多少なりとも加熱中に鉄損に起因する発熱
があり、除熱するための水冷または空冷の冷却構造とす
ることが好ましい。

以下に、本発明を実施した例について具体的に説明する
。帯状金属材料５のオーステナイトステンレス鋼（１，
０鶴厚み×３００３００鶴毎分１ｍの速度で連続的に加
熱した。相対向する上辺、下辺の２極鉄心１ａ、２ａの
長さＬＣ，幅Ｗ　ｃ　、及び上下辺の空隙Ｇｃは夫々２
００ｍ、　　６００ａｍ。

及び９０鶴とし、加熱周波数を５００Ｈｚ、目標温度帯
域を２００℃〜２３０℃とした。また、ｇｌ、ｇ２．ｇ
３及びｇ４は夫々３０１膳、３０龍。

１０鶴、及び１０９とした。ＬｙはＬｃと同じ長さの２
００鶴とした。

第６図は実施例に於いて、「コ」字形磁束集中部材６１
．６２の種々なる設置条件での帯状金属材料幅方向温度
分布を示す。「コ」字形磁束集中部材６１．６２を設け
ない場合について帯状金属材料５の幅方向温度分布は、
帯状金属材料５の幅方向中央部の温度が目標温度帯域下
限、即ち２００℃に近い温度になるように電源の出力稠
整を行った。加熱の結果、第６図に示すように帯状金属
材料５の端部が過熱し目標温度帯域２００℃〜２３０℃
を超えて３００℃になった。得られた帯状金属材料５の
幅方向温度分布と目標温度帯域上限２３０℃との交点Ｐ
から帯状金属材料５のエツジＥまでの距離Ｗｅは３０鶴
であった。この結果からＷを３０鶴、　　１０ｓｘｈ、
　　Ｏｓｍの３つの場合について加熱を実施した。第６
図に示すように「コ」字形磁束集中部材６１．６２を設
けない場合には帯状金属材料５のエツジ部温度が３００
℃と目標温度帯域２００℃〜２３０℃を７０℃と太き（
超える温度になるが、本発明による「コ」字形磁束集中
部材６１．６２を設けることにより帯状金属材料５のエ
ツジ部の過熱が抑えられ、特にＷがＩＯｎの場合は帯状
金属材料５の幅方向全域で目標温度帯域２００℃〜２３
０℃の範囲に入り飛躍的に加熱温度の均一性が改善され
た。

〔発明の効果〕

以上の説明のように、本発明の誘導加熱装置を用いるこ
とにより帯状金属材料エツジ部に集中する２次電流を分
散させることができ、また、同一加熱インダクタで幅の
異なる帯状金属材料の均一加熱が可能となった。この結
果、帯状金属材料の熱処理、塗膜の乾燥、焼付、その他
帯状金属材料の加熱に関する技術に有利に応用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は本発明を示す側面概略図、（２）は正面
概略図、第２図は第１図（２）の部分拡大図、第３図は
本発明の詳細な説明図、第４図は本実施例とは別の磁束
集中部材の具体例説明図、第５図は本実施とは別の磁束
集中部材分割の具体例説明図、第６図は本発明磁束集中
部材の設置条件での帯状金属材料幅方向温度分布別図、
第７図（１）は従来の縦方向磁束加熱方法の原理図、第
７図（２）は直交方向磁束加熱方法の原理図、第８図は
直交方向磁束加熱方法の概略説明図、第９図は直交方向
磁束加熱方法の具体例説明図、第９図（２）は第９図（
１）の作用を説明するための２次電流分布特性図、第１
０図は直交方向磁束加熱方法による誘導加熱装置の主要
領域分割図である。 図中、５は帯状金属材料、１．２は誘導加熱インダクタ
、６１．６２は「コ」字形磁束集中部材を示す。 出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　稔 １　　　Ｃ！３１ 第４図 第５図 ０、　　　１００　　　２００　　　３００−ｍ−−→
−巾昌　［ｍｍ］ 第６図 ａ交７同ｆｆ１束加熱方内 第７図 Ｎ８図 φ磁束 ｆｆ９図 第１０図 手続補正書（方式） １、事件の表示 昭和６２年特許願第５１５６４号 ２、発明の名称 誘導加熱装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）帯状金属材料をその長手方向に走行させながら誘
   導加熱する誘導加熱装置に於て、所定距離離間させて相
   対設し、かつその対向面に凹部を形成した鉄心と、前記
   各凹部に収納し、巻きはじめと巻き終りとが近接した位
   置から引き出されるようにほぼ四辺形状に巻回された誘
   導加熱コイルとからなる誘導加熱インダクタの相対向す
   る上辺、下辺の間であって、前記帯状金属材料の幅方向
   両端部分を覆う位置に夫々磁束集中部材を備えてなるこ
   とを特徴とする誘導加熱装置。
2. （２）前記磁束集中部材を前記帯状金属材料の幅方向及
   び長手方向に又両方向に移動自在とした移動調整装置に
   連設してなる特許請求の範囲第１項記載の誘導加熱装置
   。