JP2003187950A - シングルターン型誘導加熱コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱速度を抑えるべく有効加熱長を長くして
も設備費の低減が図れ、コイルの保守・点検が容易で、
かつ、鋼帯をキュリー点以上に加熱できるシングルター
ン型誘導加熱コイルを提供する。 【解決手段】 金属帯板と、金属帯板の表面および裏面
と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が
金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第１の導体
部および裏面側の第２の導体部と、金属帯板の幅方向の
端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第１の
導体部および前記第２の導体部の各一端を接続する第３
の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイルで
あって、第１の導体部および第２の導体部をそれぞれ１
本ずつ（２本以上）増設し、２本（３本以上）の第１の
導体部および前記第２の導体部の各開放端を、前記金属
帯板の長手方向に延びる第４の導体部で接続し、第１の
導体部と第２の導体部とを金属帯板の長手方向に互いに
シフトした位置に設置することを特徴とするシングルタ
ーン型誘導加熱コイル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属帯板の誘導加
熱用コイル、特にシングルターンコイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導加熱とは、交流電源に接続されたコ
イルを被加熱物の周囲に配置し、交番磁界により誘起さ
れる渦電流のジュール熱により物体を加熱する方法であ
る。誘導加熱には、交番磁界を被加熱物に垂直に交差さ
せるトランスバース方式と、コイルで被加熱物を巻くよ
うに配置して、交番磁界を被加熱物に平行に印加するソ
レノイド方式の２通りがあり、目的によって選択され
る。金属帯板の加熱の場合、板幅方向に均一な加熱が必
要なことから、ソレノイド方式が適している。また、ソ
レノイド方式には、１つの電源に対して、複数回コイル
を巻くマルチターン方式と、１回だけ巻くシングルター
ン方式がある。

【０００３】図１０は、特開平８−８０５１号公報およ
び特開平７−２５２６２８号公報に開示されたソレノイ
ド方式のシングルターンコイルを用いる金属帯板の誘導
加熱装置を示した図である。この誘導加熱装置は、金属
帯板１の表面２および裏面３と所定の間隔を空けて、金
属帯板１の幅方向に延び両端が金属帯板の幅方向より外
側に位置する表面側の導体部４および裏面側の導体部
５、この表面側の導体部４および裏面側の導体部５の一
端を、金属帯板１の幅方向の、片方の端部の外側で金属
帯板１の板厚方向に延びる導体部６にて接続してなるシ
ングルターン型誘導加熱コイル７, このコイル７の表面
側の導体部４および裏面側の導体部５の他端に交流を印
加える交流電源装置Ｓを備えている。しかし、この従来
技術では、加熱後の鋼板形状の悪化を防止するために加
熱速度を抑えるべく、有効加熱長さを長くするために複
数のシングルターン型誘導加熱コイルを金属帯板の進行
方向に配置して金属帯板の誘導加熱炉を構成する場合に
は、コイル数に相当する電源装置が必要であり設備費が
高価になるという問題点があった。

【０００４】また、この従来のシングルターン型誘導加
熱コイルでは、金属帯板の断面方向から見て、金属帯板
両端面外側のコイル端部は閉塞されるため、コイルを電
源と共に金属帯板の搬送ラインから外側に出すことがで
きず、コイルの保守・点検が困難であった。さらに、従
来のソレノイド方式のシングルターンコイルを用いる誘
導加熱装置は、金属帯板１が、例えば磁性体の鋼帯であ
る場合、キュリー点（約７５０℃）以上の加熱が困難で
あり、６５０℃以下の低温領域での加熱にしか適用でき
ないという問題点があった。さらに、金属帯板１が、例
えばアルミ, ＳＵＳ等の非磁性体である場合、加熱する
こと自体が困難であった。磁性体帯板のキュリー点以上
の加熱が困難な理由は、キュリー点付近の温度になると
渦電流の電流浸透深さが大きくなり、板幅方向断面の表
層部を一周している渦電流の表裏相殺が発生し、渦電流
が流れなくなるからである。また、非磁性体帯板を加熱
すること自体が困難になる理由は、常温レベルから渦電
流の電流浸透深さが大きく、板幅方向断面の表層部を一
周している渦電流の表裏相殺が発生し、渦電流が流れな
いからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な従来技術の問題点を解決し、加熱速度を抑えるべく有
効加熱長を長くしても設備費の低減が図れ、コイルの保
守・点検が容易で、かつ、鋼帯をキュリー点以上に加熱
できるシングルターン型誘導加熱コイルを提供すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容であ
る。 （１）金属帯板と、前記金属帯板の表面および裏面と所
定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延びて両端が前記
金属帯板の両端より外側に位置する表面側の第１の導体
部および裏面側の第２の導体部と、前記金属帯板の幅方
向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延びて、前記第
１の導体部および前記第２の導体部の各一端を接続する
第３の導体部とを備えたシングルターン型誘導加熱コイ
ルであって、前記第１の導体部および前記第２の導体部
をそれぞれ１本ずつ増設し、２本の前記第１の導体部お
よび前記第２の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長
手方向に延びる第４の導体部で接続し、前記第１の導体
部と第２の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いに
シフトした位置に設置することを特徴とするシングルタ
ーン型誘導加熱コイル。

【０００７】（２）金属帯板と、前記金属帯板の表面お
よび裏面と所定間隔を存して、金属帯板の幅方向に延び
て両端が前記金属帯板の両端より外側に位置する表面側
の第１の導体部および裏面側の第２の導体部と、前記金
属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方向に延
びて、前記第１の導体部および前記第２の導体部の各一
端を接続する第３の導体部とを備えたシングルターン型
誘導加熱コイルであって、前記第１の導体部および前記
第２の導体部と前記金属帯板の長手方向に平行に、前記
第１の導体部および前記第２の導体部をそれぞれ２本以
上増設し、３本以上の前記第１の導体部および前記第２
の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向で左右
交互に延びる第４の導体部で接続し、前記第１の導体部
と第２の導体部とを前記金属帯板の長手方向に互いにシ
フトした位置に設置することを特徴とするシングルター
ン型誘導加熱コイル。

【０００８】（３）前記第１の導体部および前記第２の
導体部の増設本数がそれぞれ３本以上の奇数本であり、
それぞれ４本以上の偶数本の前記第１の導体部および前
記第２の導体部の開放端を、前記第４の導体部で接続す
ることを特徴とする請求項２に記載のシングルターン型
誘導加熱コイル。 （４）前記第１の導体部および前記第２の導体部の前記
金属帯板の表面および裏面との対向面を除く外周を、高
透磁率および高抵抗率の材料よりなるコアで被覆するこ
とを特徴とする（１）乃至（３）に記載のシングルター
ン型誘導加熱コイル。 （５）前記高透磁率および高抵抗率の材料がフェライト
であることを特徴とする（４）に記載のシングルターン
型誘導加熱コイル。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１乃至
図９を用いて詳細に説明する。（第１の実施形態）図１
は、本発明における金属帯板の表面および裏面に設置す
る第１および第２の導体部をそれぞれ２本の導体とした
実施形態を示す図である。電源装置Ｓから供給される電
流は、導体９,１１,４,６,５,１２,１０を経由して電源
装置Ｓに通電される。ここに、導体９および導体４が本
発明における第１の導体部に相当し、導体５および導体
１０が本発明における第２の導体部に相当する。また、
導体６が本発明における第３の導体部に相当し、導体１
１および導体１２が本発明における第４の導体部に相当
する。このように、第１および第２の導体が２本の導体
により構成されていることにより、電源装置Ｓをコイル
ごとに設置することなく、金属帯板１の長手方向の有効
加熱長を長くすることができ、加熱速度を抑制すること
により、加熱後の金属帯板１の形状悪化を防止すること
ができる。また、金属帯板１の幅方向の片側のコイル端
部が開放されているため、コイルを電源と共に、金属帯
板１の搬送ラインより外側に搬出することができ、コイ
ルの保守・点検・整備が容易である。

【００１０】さらに、導体９および導体４が、導体１０
および導体５に対して、金属帯板１の長手方向にシフト
した位置に設置されている。これにより、金属帯板１の
板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺
の発生を防止できることから鋼板においてはキュリー点
以上の加熱が可能となり、また、アルミやＳＵＳなどの
非磁性体の加熱もできる。図３は、図１の電源装置Ｓ側
から見た断面図であり、図４は逆側から見た断面図であ
る。金属帯板表面の導体９および導体４が、裏面の導体
１０および導体５に対して帯板の長手方向に図中のＷだ
けシフトしている様子がわかる。また、第３の導体部に
相当する導体６がＬ字形状になっており、これによりシ
フトされた導体４と導体５を金属帯板の板厚方向に接続
している。

【００１１】（第２の実施形態）図２は、本発明におけ
る金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２
の導体部をそれぞれ３本の導体とした実施形態を示す図
である。電源装置Ｓから供給される電流は、導体１４,
１１,９,１１,４,６,５,１２,１０,１２,１５を経由し
て電源装置Ｓに通電される。ここに、導体１４,導体９
および導体４が本発明における第１の導体部に相当し、
導体５,導体１０および導体１５が本発明における第２
の導体部に相当する。また、導体６が本発明における第
３の導体部に相当し、導体１１および導体１２が本発明
における第４の導体部に相当する。このように、第１お
よび第２の導体部が３本の導体により構成されているこ
とにより、電源装置Ｓをコイルごとに設置することな
く、金属帯板１の長手方向の有効加熱長を長くすること
ができ、加熱速度を抑制することにより、加熱後の金属
帯板１の形状悪化を防止することができる。

【００１２】さらに、導体１４、導体９および導体４
が、導体１５,導体１０および導体５に対して、金属帯
板１の長手方向にシフトした位置に設置されている。こ
れにより、金属帯板１の板幅方向断面の表層部を一周し
ている渦電流の表裏相殺の発生を防止できることから鋼
板においてはキュリー点以上の加熱が可能となり、ま
た、アルミやＳＵＳなどの非磁性体の加熱もできる。図
５は、図２の電源装置Ｓ側から見た断面図であり、図６
は逆側から見た断面図である。金属帯板表面の導体１
４,導体９および導体４が、裏面の導体１５, 導体１０
および導体５に対して帯板の長手方向に図中のＷだけシ
フトしている様子がわかる。また、第３の導体部に相当
する導体６がＬ字形状になっており、これによりシフト
された導体４と導体５を金属帯板の板厚方向に接続して
いる。

【００１３】（第３の実施形態）図７は、本発明におけ
る金属帯板の表面および裏面に設置する第１および第２
の導体部をそれぞれ４本の導体とした実施形態を示す図
である。電源装置Ｓから供給される電流は、導体１７,
１１,１４,１１,９,１１,４,６,５,１２,１０,１２,１
５,１２,１８を経由して電源装置Ｓに通電される。ここ
に、導体１７,導体１４,導体９および導体４が本発明に
おける第１の導体部に相当し、導体５,導体１０,導体１
５および導体１８が本発明における第２の導体部に相当
する。

【００１４】また、導体６が本発明における第３の導体
部に相当し、導体１１および導体１２が本発明における
第４の導体部に相当する。このように、第１および第２
の導体が４本の導体により構成されていることにより、
電源装置Ｓをコイルごとに設置することなく、金属帯板
１の長手方向の有効加熱長を長くすることができ、加熱
速度を抑制することにより、加熱後の金属帯板１の形状
悪化を防止することができる。また、金属帯板１の幅方
向の片側のコイル端部が開放されているため、コイルを
電源と共に、金属帯板１の搬送ラインより外側に搬出す
ることができ、コイルの保守・点検・整備が容易であ
る。この効果は、第１および第２の導体部をそれぞれ４
本以上の偶数本の導体とした場合にも同様の効果が得ら
れる。さらに、導体１７,導体１４,導体９および導体４
が、導体１８,導体１５,導体１０および導体５に対し
て、金属帯板１の長手方向にシフトした位置に設置され
ている。これにより、金属帯板１の板幅方向断面の表層
部を一周している渦電流の表裏相殺の発生を防止できる
ことから鋼板においてはキュリー点以上の加熱が可能と
なり、また、アルミやＳＵＳなどの非磁性体の加熱もで
きる。

【００１５】図８は、図７の電源装置Ｓ側から見た断面
図であり、図９は逆側から見た断面図である。金属帯板
表面の導体１７,導体１４,導体９および導体４が、導体
１８,導体１５,導体１０および導体５に対して帯板の長
手方向に図中のＷだけシフトしている様子がわかる。ま
た、第３の導体部に相当する導体６がＬ字形状になって
おり、これによりシフトされた導体４と導体５を金属帯
板の板厚方向に接続している。なお、上記の第１乃至第
３の実施形態に共通する加熱用の導体は以下の実施形態
が好ましい。加熱用の導体は、電気抵抗が小さく、入手
し易さを考慮して、断面が四角形の中空水冷の銅パイプ
が好ましい。

【００１６】また、磁場を集中させ（磁束密度を高
め）、加熱効率を向上させるために、金属帯板の表面側
および裏面側の導体４,５,９,１０,１４,１５,１７,１
８の金属帯板１の表面２および裏面３の対向面を除く外
周３面を比透磁率２５００と高く、高抵抗率のフェライ
トコア２１で直接被覆することが好ましい。このように
構成したシングルターンコイルによれば、交流電源装置
Ｓにより、交流電源を流すとコイルが発生する交番時間
の磁気回路抵抗をフェライトコア２１により小さくで
き、磁束密度を大きくでき、金属帯板１に発生する渦電
流を大きくできる。このため金属帯板１を所定温度まで
加熱するのに要する時間（加熱時間）を短縮できる。ま
たフェライトよりなるコア中を前記交番磁界が通過する
が、フェライトは高抵抗率材料でもあることから渦電流
は形成されず、これによるコア温度上昇はない。さらに
フェライトは高抵抗率材料であるからコアをコイルに被
覆する際に電気絶縁層を設ける必要がなく、密に接触し
て被覆できる。誘導加熱された金属帯板１からコアへの
輻射熱もコイル損傷防止のために設けられる中空水冷コ
イル構造によって、良好に伝達抜熱することが好まし
い。これにより、コア損傷防止のための格別の冷却機構
を要しない。

【００１７】

【実施例】本発明を鋼帯の加熱に用いた場合の実施例に
ついて以下に詳細に説明する。図１に示す、コイル導体
幅Ｗ＝６ｍｍ、コア幅ｈ＝３．５ｍｍ、コイル間ギャッ
プＧ＝６ｍｍのシングルターンコイルを用いて、常温の
鋼帯の連続加熱を行った。使用した鋼帯は、板幅７０ｍ
ｍ、板厚ｔ＝０．２３ｍｍのものを、通板速度Ｖ＝２０
０ｍｍ／ｓで通板した。また、電源周波数ｆについて
は、実用されている最も高周波数の２００ＫＨｚで鋼帯
の連続加熱を行った。その際、加熱直後（図３の位置
a）の幅方向のセンター部、最エッジ部、エッジから１
０ｍｍ部の温度を測定した。その結果を表１に示す。な
お、鋼帯のキュリー点温度は７５０℃である。比較のた
めに、従来のシングルターンコイルを用いて、コイル導
体幅Ｗ＝６ｍｍ、コア幅ｈ＝３．５ｍｍ、コイル間ギャ
ップＧ＝６ｍｍのシングルターンコイルを用いて、前記
と同一の条件で鋼帯の連続加熱を行い、加熱直後（図３
の位置a）の温度を測定したその結果を表１に示す。

【００１８】

【表１】 表１から、本発明のシングルターンコイルは、鋼帯を幅
方向均一にキュリー点以上に加熱することができること
がわかる。一方、比較例１の加熱温度はキュリー点温度
未満となっている。次に、記と同じ条件で、ＳＵＳ帯の
連続加熱を行い、加熱直後（図３の位置a）の温度を測
定した。その結果を表２に示す。

【００１９】

【表２】 表２から、本発明のシングルターンコイルは、ＳＵＳ帯
のような非磁性金属帯を幅方向均一に加熱することがで
きることがわかる。一方、比較例２は、全く加熱できて
いない。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、加熱速度を抑えるべく
有効加熱長を長くしても電源装置を追加する必要がない
ため設備費の低減が図れ、金属帯板の板幅方向の断面方
向において導体が閉鎖されておらず、一端が開放されて
いるためコイルの保守・点検が容易なシングルターン型
誘導加熱コイルを提供することができる。しかも、金属
帯板の表裏面で導体を長手方向にシフトさせることによ
り鋼帯をキュリー点以上に加熱でき、さらにＳＵＳなど
の非磁性体も加熱できるなど、産業上有用な、著しい効
果を奏する。

【００２１】なお、本発明によれば、加熱速度を抑制し
易い従来のガス加熱炉と比較して、以下の効果がある。
設置スペースが従来のガス加熱炉の１０分の１程度でよ
い。ガス加熱炉での加熱効率は、温度が低い範囲（例え
ば鋼板温度が１００℃前後）では、０．３程度であり、
温度が高い範囲（例えば鋼板温度が８００℃）では０．
１程度である。これに比べて、本発明のシングルターン
型誘導加熱コイルによれば、加熱温度の高低に関係なく
加熱効率が０．６〜０．７程度であるため加熱長さを低
減できる。熱応答性が良いため、操業が行い易い。例え
ば、鋼板の種類の切り替え等を行う場合には、ガス加熱
炉の場合は炉の温度設定を変更するのに３０分程度の時
間が必要であるが、本発明のシングルターン型誘導加熱
コイルによれば、投入電力設定を変更するだけでほとん
ど設定変更直後に炉温の変更が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における金属帯板の表面および裏面に
設置する第１および第２の導体部をそれぞれ２本の導体
とした実施形態を示す図である。

【図２】 本発明における金属帯板の表面および裏面に
設置する第１および第２の導体部をそれぞれ３本の導体
とした実施形態を示す図である。

【図３】 本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを
図１の電源装置Ｓ側から見た断面図である。

【図４】 本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを
図１の電源装置Ｓの逆側から見た断面図である。

【図５】 本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを
図２の電源装置Ｓ側から見た断面図である。

【図６】 本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを
図２の電源装置Ｓの逆側から見た断面図である。

【図７】 本発明における金属帯板の表面および裏面に
設置する第１および第２の導体部をそれぞれ４本の導体
とした実施形態を示す図である。

【図８】 本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを
図７の電源装置Ｓ側から見た断面図である。

【図９】 本発明のシングルターン型誘導加熱コイルを
図７の電源装置Ｓの逆側から見た断面図である。

【図１０】 従来のシングルターン型誘導加熱コイルを
示す図である。

【符号の説明】

１：金属帯板 ２：帯板表面 ３：帯板裏面 ４：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体 ５：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体 ６：金属帯板板厚方向に延びる導体 ７：従来のシングルターン型誘導加熱コイル ８：本発明のシングルターン型誘導加熱コイル ９：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体 １０：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体 １１：金属帯板の長手方向に延びる導体 １２：金属帯板の長手方向に延びる導体 １３：本発明のシングルターン型誘導加熱コイル １４：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体 １５：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体 １６：本発明のシングルターン型誘導加熱コイル １７：金属帯板の幅方向に延びる帯板表面側導体 １８：金属帯板の幅方向に延びる帯板裏面側導体 １９：銅パイプ ２１：フェライトコア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝日山 亮 姫路市広畑区富士町１番地 新日本製鐵株 式会社広畑製鐵所内 (72)発明者 野村 育世 姫路市広畑区富士町１番地 新日本製鐵株 式会社広畑製鐵所内 Ｆターム(参考） 3K059 AA09 AB26 AB28 AD02 AD03 AD38 AD40 CD52 CD72

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属帯板と、 前記金属帯板の表面および裏面と所定間隔を存して、金
   属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より
   外側に位置する表面側の第１の導体部および裏面側の第
   ２の導体部と、 前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方
   向に延びて、前記第１の導体部および前記第２の導体部
   の各一端を接続する第３の導体部とを備えたシングルタ
   ーン型誘導加熱コイルであって、 前記第１の導体部および前記第２の導体部をそれぞれ１
   本ずつ増設し、２本の前記第１の導体部および前記第２
   の導体部の各開放端を、前記金属帯板の長手方向に延び
   る第４の導体部で接続し、 前記第１の導体部と第２の導体部とを前記金属帯板の長
   手方向に互いにシフトした位置に設置することを特徴と
   するシングルターン型誘導加熱コイル。
2. 【請求項２】 金属帯板と、 前記金属帯板の表面および裏面と所定間隔を存して、金
   属帯板の幅方向に延びて両端が前記金属帯板の両端より
   外側に位置する表面側の第１の導体部および裏面側の第
   ２の導体部と、 前記金属帯板の幅方向の端部の外側で金属帯板の板厚方
   向に延びて、前記第１の導体部および前記第２の導体部
   の各一端を接続する第３の導体部とを備えたシングルタ
   ーン型誘導加熱コイルであって、 前記第１の導体部および前記第２の導体部と前記金属帯
   板の長手方向に平行に、前記第１の導体部および前記第
   ２の導体部をそれぞれ２本以上増設し、３本以上の前記
   第１の導体部および前記第２の導体部の各開放端を、前
   記金属帯板の長手方向で左右交互に延びる第４の導体部
   で接続し、 前記第１の導体部と第２の導体部とを前記金属帯板の長
   手方向に互いにシフトした位置に設置することを特徴と
   するシングルターン型誘導加熱コイル。
3. 【請求項３】前記第１の導体部および前記第２の導体部
   の増設本数がそれぞれ３本以上の奇数本であり、それぞ
   れ４本以上の偶数本の前記第１の導体部および前記第２
   の導体部の開放端を、前記第４の導体部で接続すること
   を特徴とする請求項２に記載のシングルターン型誘導加
   熱コイル。
4. 【請求項４】前記第１の導体部および前記第２の導体部
   の前記金属帯板の表面および裏面との対向面を除く外周
   を、高透磁率および高抵抗率の材料よりなるコアで被覆
   することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のシ
   ングルターン型誘導加熱コイル。
5. 【請求項５】前記高透磁率および高抵抗率の材料がフェ
   ライトであることを特徴とする請求項４に記載のシング
   ルターン型誘導加熱コイル。