JP4356884B2 - 誘導加熱装置及び誘導加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚さが５ｍｍ以下の薄い金属板を誘導加熱する誘導加熱装置及び誘導加熱方法に関する。

鋼板などの金属板を加熱する際に、この金属板に誘導加熱コイルを向き合わせて配置しておき、この誘導加熱コイルに高周波電力を供給しながら金属板を誘導加熱する誘導加熱方法が広く使用されている。この誘導加熱方法によれば、誘導加熱コイルに流れる交流電流によって生成される交番磁束が金属板を貫通して金属板内部に渦電流を誘導し、この渦電流によるジュール熱によって金属板が加熱される。

金属板の両面を取り囲むように誘導加熱コイルを配置してこの金属板を誘導加熱する場合、誘導加熱コイルのうち金属板の片面に向き合う片面側導電部に流れる交流電流に起因して金属板内部に誘導される渦電流の向きと、誘導加熱コイルのうち金属板の他面（片面とは反対側の面）に向き合う他面側導電部に流れる交流電流に起因して金属板内部に誘導される渦電流の向きとは、互いに逆向きとなる。

ところで、周知のように誘導加熱コイルに供給する高周波電力の周波数を高くするほど電流浸透深さは浅くなる。すなわち、高い周波数（（例えば５０ｋＨｚ以上）の高周波電力を誘導加熱コイルに供給した場合、誘導加熱コイルのうち金属板の片面に向き合う片面側導電部に流れる交流電流に起因して誘導される渦電流は、金属板内部の片面及びその近傍（片面側部分）に多く流れる。一方、誘導加熱コイルのうち金属板の他面に向き合う他面側導電部に流れる交流電流に起因して誘導される渦電流は、金属板内部の他面及びその近傍（他面側部分）に多く流れる。

上記とは逆に、誘導加熱コイルに供給する高周波電力の周波数を低くするほど電流浸透深さは深くなる。すなわち、低い周波数（例えば２５ｋＨｚ以下）の高周波電力を誘導加熱コイルに供給した場合、上記した片面側導電部に流れる交流電流に起因して誘導される渦電流は、金属板内部の片面から深い部分まで流れる。一方、上記した他面側導電部に流れる交流電流に起因して誘導される渦電流は、金属板内部の他面から深い部分まで流れる。

以上の説明からわかるように、薄い（例えば厚さ５ｍｍ以下）金属板の両面を取り囲むような誘導加熱コイルを配置してこの金属板を誘導加熱する場合、この誘導加熱コイルに低い周波数の高周波電力を供給したときは、金属板の片面に向き合う片面側導電部と他面に向き合う他面側導電部に流れる高周波電力に起因して誘導された渦電流が金属板の内部で打ち消し合う。このため、薄い金属板はほとんど加熱されない。従って、低い周波数の高周波電力を使用した誘導加熱方法で加熱できる金属板は比較的厚い金属板に限定される。

上述したように高い周波数の高周波電力を誘導加熱コイルに供給した場合は電流浸透深さが浅くなるので、薄い金属板であってもその内部では渦電流が打ち消し合わないこととなり、薄い金属板でも誘導加熱できる。しかし、約５ｍｍ以下の厚さの薄い金属板を誘導加熱する場合、誘導加熱コイルの電圧は数万ボルトとなる。このため、上記の誘導加熱方法で薄い金属板を誘導加熱する作業は、理論的には可能であっても実際には行われていない。

誘導加熱コイルの電圧が低くても薄い金属板を誘導加熱できる技術として、金属板が接触するロール面を導電体にしたデフレクタロールを用いて薄い金属板を誘導加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、デフレクタロールのロール面が加熱されてこの熱が金属板に伝導するので、周波数の比較的低い出力電圧の高周波電力を誘導加熱コイルに供給しても薄い金属板が誘導加熱される。
特開昭６１−４８５３５号公報

しかし、上記のデフレクタロールを用いる技術では、デフレクタロールが必須となり、金属板はこのデフレクタロールによって湾曲しながら搬送されるので、真っ直ぐに延びる薄い金属板を誘導加熱することはできない。また、この技術では、薄い金属板のうちデフレクタロールによって湾曲している部分の周囲に誘導加熱コイルを配置するので、誘導加熱装置が複雑なものとなる。

本発明は、上記事情に鑑み、周波数の比較的低い高周波電力を使用しても薄い金属板を容易に誘導加熱できる誘導加熱方法及び誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の誘導加熱装置は、
（１）所定の厚さ以下の金属板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、
（２）前記金属板の片面に向き合う片面側導電部、及び該片面とは反対側の他面に向き合う他面側導電部を有する誘導加熱コイルと、
（３）前記片面側導電部と前記片面との間に配置された導電性部材とを備えたことを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明の第２の誘導加熱装置は、
（４）所定の厚さ以下の金属板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、
（５）前記金属板の片面に向き合う片面側導電部、及び該片面とは反対側の他面に向き合う他面側導電部を有する誘導加熱コイルと、
（６）前記片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束が前記金属板に及ぼす影響を減少させる減少部材とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、
（７）前記減少部材は、
（７―１）前記片面側導電部と前記片面との間に配置されたものであり、且つ、
（７―２）前記片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束によって前記金属板に誘導される渦電流を減少させるものであってもよい。

さらに、
（８）前記減少部材は、その内部に冷却液が流れるものであってもよい。

さらにまた、
（９）前記減少部材は、銅製、アルミニウム製、銀製、及びステンレス製のうちのいずれかであってもよい。

さらにまた、
（１０）前記他面側導電部は、前記片面側導電部に電気的に接続されたものであってもよい。

また、上記目的を達成するための本発明の第１の誘導加熱方法は、
（１１）所定の厚さ以下の金属板の両面を取り囲む誘導加熱コイルでこの金属板を誘導加熱する際に、該誘導加熱コイルのうち前記金属板の片面に向き合う片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束が前記金属板に及ぼす影響を減少させることを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明の第２の誘導加熱方法は、
（１２）所定の厚さ以下の金属板の両面を取り囲む誘導加熱コイルでこの金属板を誘導加熱する際に、
（１３）前記誘導加熱コイルのうち前記金属板の片面に向き合う片面側導電部とこの片面との間に導電性部材を配置しておき、
（１４）前記誘導加熱コイルに高周波電力を供給して前記金属板を誘導加熱することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明の第３の誘導加熱方法は、
（１５）所定の厚さ以下の金属板の両面を取り囲む誘導加熱コイルでこの金属板を誘導加熱する際に、
（１６）前記誘導加熱コイルのうち前記金属板の片面に向き合う片面側導電部とこの片面との間に、前記片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束が前記金属板に及ぼす影響を減少させる減少部材を配置しておき、
（１７）前記誘導加熱コイルに高周波電力を供給して前記金属板を誘導加熱することを特徴とするものである。

ここで、
（１８）前記減少部材として、銅、アルミニウム、銀、及びステンレスのうちのいずれかで作製された、その内部に冷却液が流れる板状部材を使用してもよい。

なお、ここでは、上記した「所定の厚さ」とは５ｍｍの厚さをいう。

本発明の第１の誘導加熱装置によれば、所定の厚さ（例えば５ｍｍ）以下の金属板の片面に向き合う片面側導電部とこの片面の間には導電性部材が配置されているので、片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束（片面側導電部による交番磁束）は導電性部材によって減衰する。このため、片面側導電部による交番磁束が金属板に及ぼす影響は導電性部材によって減少することとなる。従って、片面側導電部による交番磁束は金属板をほとんど貫通しない。一方、金属板の他面に向き合う他面側導電部に流れる交流電流に起因して生成される交番磁束（他面側導電部による交番磁束）は金属板を貫通する。この結果、他面側導電部による交番磁束が金属板を貫通することによる渦電流の密度は、片面側導電部による交番磁束が金属板を貫通することによる渦電流の密度よりも非常に大きい。従って、他面側導電部による交番磁束が金属板を貫通することにより金属板に誘導される渦電流によって金属板は速やかに所定温度まで加熱される。従って、周波数が高くて（例えば５０ｋＨｚ以上）電流浸透深さの浅い高周波電力を使用しなくても、周波数が比較的低くて（例えば２５ｋＨｚ以下）電流浸透深さの深い高周波電力（例えば２０００ｋＷ〜４０００ｋＷ）を使用して所定厚さ以下の金属板を誘導加熱できる。すなわち、金属板を誘導加熱する誘導加熱コイルに供給される高周波電力の電圧を低くできるので、従来困難と言われていた厚さ（５ｍｍ以下の厚さ）の薄板を容易に誘導加熱できる。

また、本発明の第２の誘導加熱装置によれば、所定の厚さ（例えば５ｍｍ）以下の金属板の片面に向き合う片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束（片面側導電部による交番磁束）が金属板に及ぼす影響は減少部材によって減少する。従って、片面側導電部による交番磁束は金属板をほとんど貫通しない。一方、金属板の他面に向き合う他面側導電部に流れる交流電流に起因して生成される交番磁束（他面側導電部による交番磁束）は金属板を貫通する。この結果、他面側導電部による交番磁束が金属板を貫通することによる渦電流の密度は、片面側導電部による交番磁束が金属板を貫通することによる渦電流の密度よりも非常に大きい。従って、他面側導電部による交番磁束が金属板を貫通することによる渦電流によって金属板は速やかに所定温度まで加熱される。従って、周波数が高くて（例えば５０ｋＨｚ以上）電流浸透深さの浅い高周波電力を使用しなくても、周波数が比較的低くて（例えば２５ｋＨｚ以下）電流浸透深さの深い高周波電力（例えば２０００ｋＷ〜４０００ｋＷ）を使用して所定厚さ以下の金属板を誘導加熱できる。すなわち、金属板を誘導加熱する誘導加熱コイルに供給される高周波電力の電圧を低くできるので、従来困難と言われていた厚さ（５ｍｍ以下の厚さ）の薄板を容易に誘導加熱できる。

本発明は、５ｍｍ以下の厚さの金属板を誘導加熱する誘導加熱装置及び誘導加熱方法に実現された。

図１と図２を参照して本発明の誘導加熱装置を説明する。

図１は、本発明の誘導加熱装置を示す斜視図である。図２は、薄い鋼板が搬送される搬送方向から見た誘導加熱装置の正面図であり、図２の紙面の表側から裏側に向かって鋼板が搬送される。

誘導加熱装置１０は、薄い鋼板Ｗ（本発明にいう、所定の厚さ以下の金属板の一例であり、以下、ワークＷという。）の全体を誘導加熱するためのものである。ワークＷは、図２の紙面に垂直な方向（搬送方向）に長く延びた帯状のものである。誘導加熱装置１０を固定しておき、ワークＷを搬送方向に所定の搬送速度で搬送することにより、ワークＷは、誘導加熱コイル２０に向き合う部分から順次に加熱されていく。なお、図２の矢印Ｉは、ある瞬間においてワークＷを流れている電流の向きを示している。

誘導加熱装置１０は、ワークＷをその幅方向（搬送方向に直交する方向であり、図２の矢印Ａ方向）に取り囲む誘導加熱コイル２０を備えており、この誘導加熱コイル２０の内部には、誘導加熱コイル２０を冷却するための冷却液が流れる冷却液路（図示せず）が形成されている。誘導加熱コイル２０はワークＷを取り囲んでいるので、ワークＷが搬送されるに伴ってワークＷの一部が誘導加熱コイル２０に順次に取り囲まれることとなる。誘導加熱コイル２０は、ワークＷの片面Ｗ１に向き合ってその幅方向に延びる片面側導電部２１と、ワークＷの他面Ｗ２（片面Ｗ１とは反対側の面）に向き合ってその幅方向に延びる他面側導電部２２とを備えている。片面側導電部２１は片面Ｗ１に平行であり、他面側導電部２２は他面Ｗ２に平行である。片面側導電部２１と他面側導電部２２は第１接続導電部２３と第２接続導電部２４によって電気的に接続されている。また、他面側導電部２２は、ワークＷの幅方向両端部Ｗ３，Ｗ４の過熱（オーバーヒート）を防止するためにワークＷの幅よりもやや短い。なお、第１接続導電部２３を流れる交流電流はワークＷの加熱にほとんど寄与しない。

第１接続導電部２３はワークＷの幅方向一端部Ｗ３から離れた位置で延びており、その端部で折れ曲がって第２接続導電部２４に接続されている。第２接続導電部２４はワークＷの幅方向一端部Ｗ３から離れているので、第２接続導電部２４を流れる交流電流はワークＷの加熱にほとんど寄与しない。第２接続導電部２４の端部からはワークＷに接近するように第３接続導電部２５が延びており、この第３接続導電部２５の端部が他面側導電部２２の一端部２２ａに電気的に接続されている。他面側導電部２２の他端部２２ｂからはワークＷに離れる方向に第４接続導電部２６が延びている。他面側導電部２２の一端部２２ａは、ワークＷの幅方向一端部Ｗ３よりも他端部Ｗ４に近い位置にあり、他面側導電部２２の他端部２２ｂは、ワークＷの幅方向他端部Ｗ４よりも一端部Ｗ３に近い位置にある。すなわち、他面側導電部２２の一端部２２ａから他端部２２ｂまでの距離（他面側導電部２２の長さ）はワークＷの幅よりも短く、ワークＷの幅方向両端部Ｗ３，Ｗ４には他面側導電部２２は向き合っていない。従って、ワークＷの幅方向両端部Ｗ３，Ｗ４の過熱を防止できる。

第４接続導電部２６の端部からはワークＷに平行に第５接続導電部２７が延びている。第５接続導電部２７はワークＷから離れた位置にあるので、第５接続導電部２７を流れる交流電流はワークＷの加熱にほとんど寄与しない。第５接続導電部２７の端部からは高周波電源３０に接続された第６接続導電部２８が折れ曲がって延びている。この第６接続導電部２８はワークＷの加熱に寄与しない。また、片面側導電部２１の端部からは高周波電源３０に接続された第７接続導電部２９が折れ曲がって延びている。この第７接続導電部２９もワークＷの加熱に寄与しない。なお、第７接続導電部２９と第６接続導電部２８は電気的絶縁部材３１によって電気的に絶縁されている。

誘導加熱コイル２０のうち、ワークＷの加熱に実質的に寄与する部分は片面側導電部２１と他面側導電部２２があるが、後述するように、片面側導電部２１とワークＷの片面Ｗ１との間には銅板４０（本発明にいう減少部材及び導電性部材の一例である）が配置されているので、片面側導電部２１を流れる交流電流は、ワークＷの加熱にほとんど寄与できないこととなる。

上述のように誘導加熱コイル２０はワークＷを取り囲んでいるが、片面側導電部２１とワークＷの片面Ｗ１との間には銅板４０が配置されている。銅板４０の幅と長さは、片面側導電部２１の幅と長さとほぼ同じである。銅板４０の内部には冷却液が流れる冷却液路４０ａ（図４参照）が形成されており、銅板４０の長手方向両端部には、この冷却液路４０ａに冷却液を供給して排出するための冷却液出入口４２，４２が形成されている。冷却液出入口４２，４２の一方から冷却液路に冷却液を供給し、他方から冷却液を排出することにより、銅板４０は冷却される。なお、銅板４０は電気的絶縁部材３２を介して片面側導電部２１に固定されている。また、誘導加熱コイル２０は、電気的絶縁性の基台１２に固定されている。

ここで、各部材の厚さや配置間隔の一例を挙げる。

片面側導電部２１の厚さｔ１は１０ｍｍであり、電気的絶縁部材３２の厚さｔ２は２ｍｍであり、銅板４０の厚さｔ３は１０ｍｍであり、ワークＷの厚さｔ４は３ｍｍであり、他面側導電部の厚さｔ５は１０ｍｍである。また、銅板４０からワークＷの片面Ｗ１までの距離Ｌ１は８ｍｍであり、ワークＷの他面Ｗ２から他面側導電部２２までの距離Ｌ２は８ｍｍである。

図３と図４を参照して、誘導加熱コイル２０に流れる交流電流によってワークＷが加熱されている様子を説明する。

図３は、誘導加熱コイルによってワークを加熱しているときの渦電流密度分布の一例を示すグラフであり、縦軸は、渦電流密度を表し、横軸はワークの厚さを表す。図４は、誘導加熱コイルに流れる交流電流に起因して生成された交番磁束及びこの交番磁束によって誘導された渦電流の一例を示す模式図である。これらの図では、図１と図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。

周波数が比較的低い（例えば２５ｋＨｚ以下）高周波電力を電源３０（図２参照）から誘導加熱コイル２０に供給した場合、片面側導電部２１及び他面側導電部２２双方それぞれを流れる交流電流に起因する交番磁束がワークＷを貫通する。この場合、片面側導電部２１に流れる交流電流に起因して生成される交番磁束の向きと、他面側導電部２２に流れる交流電流に起因して生成される交番磁束の向きとは互いに逆向きとなり、銅板４０が存在しないときは、これら２つの交番磁束の強さはワークＷ内では等しい。また、誘導加コイル２０に供給される高周波電力の周波数は比較的低いので、これら２つの交番磁束によってワークＷの内部に誘導される渦電流の電流浸透深さは深い。従って、銅板４０が存在しないときは、ワークＷの内部のほぼ全域では、これらの交番磁束によって誘導された渦電流が互いに打ち消し合うので、渦電流がほとんど流れないこととなり、ワークＷはほとんど加熱されない。

この打ち消し合いを防止してワークＷを加熱するためには、電流浸透深さを浅くする周波数の高い（例えば５０ｋＨｚ以上）大出力電圧の高周波電力を誘導加熱コイル２０に供給する必要がある。このような周波数の高い大出力電圧の高周波電力を誘導加熱コイル２０に供給した場合は電流浸透深さが浅いので、片面側導電部２１を流れる交流電流に起因する交番磁束によってワークＷの片面Ｗ１の近傍部分のみに渦電流が誘導されると共に、他面側導電部２２を流れる交流電流に起因する交番磁束によってワークＷの他面Ｗ２の近傍部分のみに渦電流が誘導される。従って、２つの渦電流は打ち消し合わないこととなるのでワークＷは加熱される。しかし、このように周波数の高い高周波電力を誘導加熱コイル２０に供給した場合、誘導加熱コイル２０の電圧は数万ボルトとなるので、ワークＷを誘導加熱する作業は理論的には可能であっても実際には行われない。

そこで、周波数が比較的低くて（例えば２５ｋＨｚ以下）電流浸透深さの深い高周波電力（例えば２０００ｋＷ〜４０００ｋＷ）を使用して所定厚さ（約５ｍｍ）以下の金属板を誘導加熱できるように、図２や図４に示すように、誘導加熱装置１０では、片面側導電部２１とワークＷの片面Ｗ１との間に銅板４０を配置した。この銅板４０によって、片面側導電部２１に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束がワークＷに及ぼす影響を減少させられる。すなわち、片面側導電部２１に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束によってはワークＷの内部にほとんど渦電流が誘導されない（渦電流密度が小さい）。

一方、他面側導電部２２を流れる交流電流に起因する交番磁束はワークＷを貫通し、これにより、ワークＷには強い渦電流が誘導される（渦電流密度が大きい）。このため、片面側導電部２１に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束によってワークＷに誘導された渦電流（片面側渦電流）と、他面側導電部２２に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束によってワークＷに誘導された渦電流（他面側渦電流）の一部とは打ち消し合うものの、図３に示すように、他面側渦電流の渦電流密度はワークＷの内部で大きいままである。この結果、ワークＷが加熱されることとなる。なお、銅板４０に代えて、銅合金製の板、アルミニウム製の板、アルニミウム合金製の板、銀製の板、ステンレス製の板を使用してもよい。

ここで、高周波電源３０（図２参照）から誘導加熱コイル２０に、周波数が比較的低い（例えば２５ｋＨｚ以下）高周波電力を供給中のある一瞬における交流電流の流れと交番磁束の向きについて説明する。

図４に示すように片面側導電部２１には、図４の紙面の裏側から表側に向かう交流電流２１Ａ（●）が流れており、他面側導電部２２には、図４の紙面の表側から裏側に向かう交流電流２２Ａ（×）が流れているとする。これら２つの交流電流２１Ａ，２２Ａの向きは反対であるが、片面側導電部２１と他面側導電部２２は直列に接続されているので電流値は等しい。この場合、片面側導電部２１に流れる交流電流２１Ａに起因して交番磁束２１Ｍが生成されて、その向きは図４の紙面では反時計方向となる。この交番磁束２１Ｍが銅板４０を貫通（侵入）する（これは図示せず）ので、銅板４０のうち図４での左側部分４０Ｌには誘導起電力が発生し、交番磁束２１Ｍを打ち消すための交番磁束４０ＬＭを発生させるための渦電流４０ＬＡ（×）が図４の紙面の表側から裏側に向かって流れる。交番磁束４０ＬＭの向きは、図４の紙面では時計方向となる。また、交番磁束４０ＬＭの磁束密度は交番磁束２１Ｍの磁束密度よりも小さくなる。従って、渦電流４０ＬＡの電流密度は、交流電流２１Ａの電流密度よりも小さくなる。

また、銅板４０の左側部分４０Ｌに流れる渦電流４０ＬＡ（×）によって生成された交番磁束４０ＬＭが銅板４０の右側部分４０Ｒ（銅板４０のうち冷却液路４０ａを挟んで左側部分４０Ｌとは反対側の部分）を貫通する（これは図示せず）ので、銅板４０の右側部分４０Ｒには誘導起電力が発生し、交番磁束４０ＬＭを打ち消すための交番磁束４０ＲＭを発生させるための渦電流４０ＲＡ（●）が図４の紙面の裏側から表側に向かって流れる。交番磁束４０ＲＭの向きは、図４の紙面では反時計方向となる。また、交番磁束４０ＲＭの磁束密度は交番磁束４０ＬＭの磁束密度よりも小さくなる。従って、渦電流４０ＲＡの電流密度は、渦電流４０ＬＡの電流密度よりも小さくなる。

上記した銅板４０の右側部分４０Ｒに流れる渦電流４０ＲＡ（●）によって生成された交番磁束４０ＲＭはワークＷを貫通する（これは図示せず）。このため、ワークＷには誘導起電力が発生し、交番磁束４０ＲＭを打ち消すための交番磁束ＷＲＭを発生させるための渦電流ＷＲＡ（×）が図４の紙面の表側から裏側に向かって流れる。交番磁束ＷＲＭの向きは、図４の紙面では時計方向となる。また、交番磁束ＷＲＭの磁束密度は交番磁束４０ＲＭの磁束密度よりも小さくなる。従って、渦電流ＷＲＡの電流密度は、渦電流４０ＲＡの電流密度よりも小さくなり、渦電流ＷＲＡの電流密度は、渦電流４０ＬＡの電流密度よりも非常に小さい。

一方、他面側導電部２２には、図４の紙面の表側から裏側に向かう交流電流２２Ａ（×）が流れている。この場合、他面側導電部２２に流れる交流電流２２Ａに起因して交番磁束２２Ｍが生成されて、その向きは図４の紙面では時計方向となる。この交番磁束２２ＭがワークＷを貫通する（これは図示せず）。このため、ワークＷには誘導起電力が発生し、交番磁束２２Ｍを打ち消すための交番磁束ＷＭを発生させるための渦電流ＷＡ（●）が図４の紙面の裏側から表側に向かって流れる。交番磁束ＷＭの向きは、図４の紙面では反時計方向となる。また、交番磁束ＷＭの磁束密度は交番磁束２２Ｍの磁束密度よりも小さく、上記した交番磁束４０ＬＭとほぼ同じである。従って、交番磁束ＷＭの磁束密度は、交番磁束ＷＲＭの磁束密度よりも非常に大きい。従って、渦電流ＷＡの電流密度は、渦電流ＷＲＡの電流密度よりも非常に大きい。

以上説明したように、ワークＷには、互いに反対方向に流れる渦電流ＷＡと渦電流ＷＲＡが同時に誘導されるが、渦電流ＷＡの電流密度は渦電流ＷＲＡの電流密度よりも非常に大きい。従って、渦電流ＷＡのごく一部と渦電流ＷＲＡの全ては互いに打ち消し合うものの、渦電流ＷＡの大部分はワークＷを流れる。この結果、図３に示すように、ワークＷの他面Ｗ２の側の渦電流密度分布が片面Ｗ１の側のそれよりも非常に大きくなる。この渦電流ＷＡによるジュール熱でワークＷが加熱されることとなるが、ワークＷは薄いので熱が他面Ｗ２から片面Ｗ１へ伝導して、ワークＷ全体が所定温度に加熱される。

従って、周波数の高い（例えば５０ｋＨｚ以上）大出力電圧の高周波電力を使用しなくても、周波数の比較的低い（例えば２５ｋＨｚ以下）出力電圧の高周波電力（例えば２０００ｋＷ〜４０００ｋＷ）を使用して所定厚さ以下のワークＷを誘導加熱できる。すなわち、ワークＷを誘導加熱する誘導加熱コイル２０に供給される高周波電力の電圧を低くできるので、従来困難と言われていた厚さ（５ｍｍ以下の厚さ）の薄板を容易に且つ安全に誘導加熱できることとなる。

図５を参照して、非常に長い帯状の鋼板（ワークＳ）をその長さ方向に搬送しながら順次に誘導加熱する技術を説明する。

図５は、非常に長い帯状の鋼板をその長さ方向に搬送しながら順次に誘導加熱する鋼板加熱設備を示す模式図である。この図では、図１と図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。

鋼板加熱設備７０は、厚さｔが２ｍｍの鋼板Ｓを所定の搬送速度で矢印Ｂ方向（搬送方向）に搬送する複数の搬送ロール対６０と、搬送中の鋼板Ｓを誘導加熱する誘導加熱装置１０とを備えている。誘導加熱装置１０（図１と図２参照）は、鋼板Ｓの片面Ｓ１に銅板４０を介して向き合う片面側導電部２１と、他面Ｓ２に向き合う他面側導電部２２を有する誘導加熱コイル２０を備えている。鋼板Ｓを矢印Ｂ方向に搬送すると共に、誘導加熱コイル２０に周波数の比較的低い（例えば２５ｋＨｚ以下）出力電圧の高周波電力（例えば２０００ｋＷ〜４０００ｋＷ）を供給することにより、鋼板Ｓの全体を順次に加熱できる。この場合、誘導加熱コイル２０に供給される高周波電力の電圧を低くできるので、鋼板Ｓの焼戻しや焼きなまし等の作業が安全に行える。

なお、上記した例では、薄い板材の誘導加熱に誘導加熱コイル２０を使用したが、細い線状部材の全体を誘導加熱する際にも誘導加熱コイル２０を適用できる。

本発明の誘導加熱装置を示す斜視図である。 薄い鋼板が搬送される搬送方向から見た誘導加熱装置の正面図であり、図２の紙面の表側から裏側に向かって鋼板が搬送される。 誘導加熱コイルによってワークを加熱しているときの渦電流密度分布の一例を示すグラフであり、縦軸は、渦電流密度を表し、横軸はワークの厚さを表す。 誘導加熱コイルに流れる交流電流に起因して生成された交番磁束及びこの交番磁束によって誘導された渦電流の一例を示す模式図である。 非常に長い帯状の鋼板をその長さ方向に搬送しながら順次に誘導加熱する鋼板加熱設備を示す模式図である。

符号の説明

１０ 誘導加熱装置
２０ 誘導加熱コイル
２１ 片面側導電部
２２ 他面側導電部
４０ 銅板
Ｗ ワーク
Ｗ１ ワークの片面
Ｗ２ ワークの他面

Claims (4)

1. 所定の厚さ以下の金属板を誘導加熱する誘導加熱装置であって、
   前記金属板の片面に向き合う片面側導電部と、該片面側導電部にその一端が接続されて前記金属板の幅方向一端部から離れた位置で延びる第１接続導電部と、この第１接続導電部の他端で折れ曲がって前記片面側導電部に平行に延びると共に前記金属板から離れて延びる第２接続導電部と、この第２接続導電部から前記金属板に接近するように延びる第３接続導電部と、この第３接続導電部の先端に接続された、前記片面とは反対側の他面に向き合うと共に前記金属板を挟んで前記片面側導電部に向き合う位置に配置された他面側導電部と、該他面側導電部の他端部から前記金属板にはなれる方向に延びる第４接続導電部と、該第４接続導電部の端部から前記金属板に平行に延びる第５接続導電部と、該第５接続導電部の端部から折れ曲がって延びて高周波電源に接続された第６接続導電部とを有する誘導加熱コイルと、
   前記片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束が前記金属板に及ぼす影響を減少させる、その幅とその長さが前記片面側導電部と略同じ減少部材とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記減少部材は、
   前記片面側導電部と前記片面との間に配置された銅製のものであって、その内部に冷却液が流れるものであり、且つ、
   前記片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束によって前記金属板に誘導される渦電流を減少させるものであることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 所定の厚さ以下の金属板の両面を取り囲む誘導加熱コイルでこの金属板を誘導加熱する際に、
   前記誘導加熱コイルとして、
   前記金属板の片面に向き合う片面側導電部と、該片面側導電部にその一端が接続されて前記金属板の幅方向一端部から離れた位置で延びる第１接続導電部と、この第１接続導電部の他端で折れ曲がって前記片面側導電部に平行に延びると共に前記金属板から離れて延びる第２接続導電部と、この第２接続導電部から前記金属板に接近するように延びる第３接続導電部と、この第３接続導電部の先端に接続された、前記片面とは反対側の他面に向き合うと共に前記金属板を挟んで前記片面側導電部に向き合う位置に配置された他面側導電部と、該他面側導電部の他端部から前記金属板にはなれる方向に延びる第４接続導電部と、該第４接続導電部の端部から前記金属板に平行に延びる第５接続導電部と、該第５接続導電部の端部から折れ曲がって延びて高周波電源に接続された第６接続導電部とを有する誘導加熱コイルを用い、
   該誘導加熱コイルのうち前記金属板の片面に向き合う片面側導電部に流れる交流電流に起因して生成された交番磁束が前記金属板に及ぼす影響を減少させることを特徴とする誘導加熱方法。
4. 所定の厚さ以下の金属板の両面を取り囲む誘導加熱コイルでこの金属板を誘導加熱する際に、
   前記誘導加熱コイルのうち前記金属板の片面に向き合う片面側導電部とこの片面との間に、その幅とその長さが前記片面側導電部と略同じ銅製の減少部材を配置しておき、
   前記誘導加熱コイルに高周波電力を供給して前記金属板を誘導加熱することを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱方法。

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