JPH0456093B2 - - Google Patents

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（板、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
つ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によつて、導電
性物質にはジユール熱²Ｒが発生する。

従来から、例えば特公昭55−36250号と特開昭
51−138937号でも開示されているように帯状金属
材料の焼鈍等の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（Longitudinal 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 heating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１ｓ，２ｓ
が形成されている鉄心１ａ，２ａと、前記各凹部
１ｓ，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１ｂ，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２の分布状態を示す。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
２が生じる。この２次電流２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つても、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
り内側の、ある一定距離にあるように鉄心１ａ，
２ａを配置すれば、ほ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つた。

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つの欠点があつた。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、これらの欠点を解消
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の幅方向に切つて、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
うに少なくとも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１
ｂ，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５ａ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つて均一加熱す
るため磁束制御部材又は装置は備えられていなか
つた。

〔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横
行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
離に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
の間であつて、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１ｓ，２ｓが形成された鉄心１ａ，２
ａと、各凹部１ｓ，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１ｂ，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の間にあつて、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１，２の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の端部とがラツプす
る部分の幅ｗ、「コ」字形磁束集中部材６１，６
２の上辺ａ、下辺ｂ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。
g1、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。g1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ｔより大とする。g1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
熱されにくくなるのでg1をむやみに大きくしな
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量ｓよりも10mm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間を帯状金属材
料５の幅方向に移動する必要な空隙である。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６
１，６２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（℃）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Ｅ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の端部とがラツプす
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つた。ｗが
決まれば、「コ」字形磁束集中部材６１，６２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がラツプする場合を正符
号、ラツ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６１，６
２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
に設けられている。「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２の間にあつて被加熱材料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１ａ，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、「□」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６１，６２
の長さLy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、例えばセラミツクス等を挟む構造にするこ
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、あるいはフエライトコア
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（1.0mm厚み×300mm幅）を毎分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Wc、及び上下
辺の空隙Gcは夫々200mm、600mm、及び900mmと
し、加熱周波数を500Hz、目標温度帯域を200℃〜
230℃とした。また、g1，g2，g3及びg4は夫々30
mm、30mm、10mm、及び10mmとした。LyはLcと同
じ長さの200mm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
℃近い温度になるように電源の出力調整を行つ
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℃になつた。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30mmであつた。この結果からｗを30mm，10
mm，０mm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６
１，６２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℃と大きく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10mm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℃〜230℃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
加熱が可能となつた。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
は本発明の具体例説明図、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例図、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１０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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   辺の間であつて、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 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。