JP2005120428A

JP2005120428A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2005120428A
Application number: JP2003356728A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Nakamura; 行延中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】低加熱周波数でも薄い被加熱材を効率良く誘導加熱できる誘導加熱装置の提供。【解決手段】誘導加熱装置は、筒状の高周波加熱コイルに対して板状の被加熱材を供給して、加熱コイルの軸方向に平行な２つの側縁がそれぞれ互いに平行になるように互いに離間して配置された第１および第２の被加熱材部分を形成させる供給装置を備えている。加熱コイル内には、第１および第２の被加熱材部分の側縁に電気的に接触して各側の側縁間をそれぞれ電気的に導通させる導通装置が設けられ、加熱コイル内に被加熱材と導通装置とにより構成されて加熱コイルの周方向に連続した閉じた導電路を形成した。
【効果】薄い鋼板等の被加熱材を比較的低い加熱周波数で加熱することが可能になり、簡単で安価な構造の高周波電源装置を使用できるようになり、周囲への電磁波の漏洩による損失の増大、ノイズなどの電磁波障害も軽減できるという効果が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は被加熱材を電磁誘導により加熱する誘導加熱装置に関するものである。

従来の誘導加熱装置は一般に、特許文献１に記載されているように、高周波電源からの高周波電力により内部に高周波磁界を発生させた加熱コイル内に帯状の鋼板等の被加熱材を搬送ローラによって送り込み、被加熱材を誘導電流によって加熱するものである。

このような誘導加熱装置は一般には、鋼板の塗装乾燥や材料組織改善のための熱処理などの目的の前工程の加熱手段として用いられる。鋼板は一般に板厚が小さく、１ｍｍから５ｍｍ程度で長さが数十ｍｍ以上であり、一定の速度で搬送供給させる。加熱温度は加熱目的によって１００℃から１、０００℃程度である。

特公昭５４-５３６号公報

このような従来の誘導加熱装置に於いては、加熱周波数すなわち高周波電源装置の電源周波数を適正に選択することにより被加熱材である薄い鋼板の加熱が可能であった。しかしながら、鋼板の加熱温度が７７０℃以上の高温領域では加熱周波数が極めて高くなり、高周波電源装置が複雑になって高価になってしまうとともに、加熱周波数の上昇による誘導加熱装置の周囲への電磁波の漏洩による損失の増大、ノイズ発生などの電磁波障害の発生の問題があった。また、銅、アルミニウムなどの鉄や鋼以外の非磁性体素材を被加熱材として処理する場合には、加熱温度が７７０℃より低い定温領域に於いても加熱周波数を高くする必要がある。

従ってこの発明の目的は、低い加熱周波数でも薄い被加熱材を効率良く誘導加熱することができる誘導加熱装置を提供することである。

この発明の誘導加熱装置は、筒状の高周波加熱コイルと、上記加熱コイルに対して板状の被加熱材を供給して、上記加熱コイル内に上記加熱コイルの軸方向に平行な２つの側縁がそれぞれ互いに平行になるように互いに離間して配置された第１および第２の被加熱材部分を形成させる供給装置と、上記加熱コイル内で、上記第１および第２の被加熱材部分の上記側縁に電気的に接触して各側の上記側縁間をそれぞれ電気的に導通させる導通装置とを備え、もって上記加熱コイル内に上記被加熱材により構成されて上記加熱コイルの周方向に連続した閉じた導電路を形成したものである。

この発明の誘導加熱装置によれば、薄い鋼板等の被加熱材を比較的低い加熱周波数で加熱することが可能になり、簡単で安価な構造の高周波電源装置を使用できるようになり、周囲への電磁波の漏洩による損失の増大、ノイズなどの電磁波障害も軽減できるという効果が得られる。

実施の形態１.
図１はこの発明の誘導加熱装置の一実施形態を示す概略平面図であり、図２はその概略側面図であり、図３は図１の線III-IIIに沿った概略断面図である。また、図４にはこの発明の誘導加熱装置の作動原理を示す。図１乃至図４に於いて、誘導加熱装置は銅（図示してない）が螺旋状に巻かれたソレノイド形状で、両端が開いた筒状の高周波加熱コイル１を備えている。加熱コイル１は図示の例では平たい箱形の断面形状を持っている。加熱コイル１には高周波電源装置２が接続されていて、高周波電力により加熱コイル１内の加熱室内に高周波磁束を発生するようにしてある。

加熱コイル１の両端の開口の近くには、加熱すべき厚さが例えば１mmの長い帯状の鋼板である被加熱材３を加熱コイル１内の加熱室内に供給すると共に所定の位置に支持する複数の供給装置４である第１および第２のローラ装置５および６が設けてある。第１および第２のローラ装置５および６は、図には概略的にしか示してないが、実際には第１のローラ装置５は二対のローラを備え、一対のローラの間に加熱コイル１に供給される被加熱材３を挟持して搬送させ、他の一対のローラの間に加熱コイル１から搬出される被加熱材３を挟持して搬送させるものである。第２のローラ装置６は加熱コイル１の反対側開口近くに設けられた一本のローラを備え、このローラに加熱コイル１から出た被加熱材３が巻き付けられて方向転換して再び加熱コイル１に入るようにしてある。このようにして被加熱材３は、加熱コイル１内で互いにすれ違う第１および第２の被加熱材部分７および８を持っていると言える。第１および第２の被加熱材部分７および８は、加熱コイル１内では、加熱コイル１の軸方向（矢印９）である加熱コイル１の発生する磁束の方向（図１および図２で左右の方向）に対して、それぞれの平行な２つの側縁１０および１１が互いに平行になるように互いに離間して配置されている。

誘導加熱装置は更に、加熱コイル１内で、第１および第２の被加熱材部分７および８の側縁１０および１１に電気的に接触して各側の側縁１０と側縁１０間および側縁１１と側縁１１間をそれぞれ電気的に導通させる導通装置１２を備えている。導通装置１２は、第１および第２の被加熱材部分７および８の側縁１０および１１にそれぞれ電気的に導通関係になるように接していて、駆動装置１３により駆動される導電性の無端ベルト１４である。無端ベルト１４は被加熱材３と同様の鋼あるいは鉄材料で作成されているが、銅、アルミニウム等の導電性とある程度の可携性を持つ材料で作ることもできる。無端ベルト１４の板厚は被加熱材３の鋼板の板厚と同じでよいが、誘導加熱による温度上昇を少なくするためには、周回のための曲げが可能な範囲でできるだけ厚いほうがよい。また無端ベルト１４は誘導加熱装置の稼働中に停止していても良いが、後に説明するように無端ベルト１４の冷却のために連続的あるいは間欠的に周回駆動させるのが望ましい。周回駆動速度に特に制限は無いが、鋼板である被加熱材３との接触による摩擦を考慮すると、低速の方が望ましい。この意味で、導通装置１２は必ずしも駆動され得る無端ベルト１４を備えていなくともよく、被加熱材部分７および８の側縁１０および１１を互いに長さ方向に亘って連続的に電気的に接続できる板状の部材であってもよい。

導通装置１２は４本のローラを持ち駆動装置１３により駆動される駆動ローラ装置１５の周囲に掛け回された無端ベルト１４を備え、帯状の被加熱材３の折り返されて加熱コイル１内で重ねられた部分である第１および第２の被加熱材部分７および８の側縁１０および１１に接触している。

図示の例では導通装置１２は加熱コイル１内で第１の被加熱材部分７と同じ速さと方向で駆動され、第２の被加熱材部分８とは逆方向に駆動されているが、それらの間の電気的導通関係は常に維持さている。加熱コイル１の外部には、加熱コイル１ないで誘導加熱により被加熱材３と共に加熱された無端ベルト１４を冷却するための冷却装置１６が設けられている。冷却装置１６は、無端ベルト１４上に水を飛散させて冷却するものが最も冷却効果が高いので望ましい。冷却装置１６で常温近くにまで冷却された無端ベルト１４は再び駆動されて加熱コイル１内に搬送されて被加熱材３に接触して導電経路を形成する。

このように、加熱コイル１内の空間内には、図３によく示されているように、被加熱材３の第１および第２の被加熱材部分７および８と、第１および第２の被加熱材部分７および８の側縁１０および１１に電気的に接触してこれら側縁１０および１１間を電気的に導通させる導通装置１２である無端ベルト１４とにより構成されて、加熱コイル１の周方向に連続した閉じた導電路が形成される。

このような誘導加熱装置に於いて、高周波電源装置２によって励磁された加熱コイル１は内部の加熱空間内に高周波交番磁界を発生させる。帯状の被加熱材３は、供給装置４の第１のローラ装置５によって加熱コイル１内に供給され、第２のローラ装置６によって折り返されて再び加熱コイル１内を通って第１のローラ装置５に通されて搬送される。被加熱材３は加熱コイル１内で互いに平行に重ね合わされていて、第１および第２の被加熱材部分７および８は側縁１０および１１で導通装置１２の導電性無端ベルト１４に接触されており、側縁１０および１１同士が電気的に連結されている。従って、ここには加熱コイル１の周方向に延びた、閉じてほぼ環状の箱形循環導通路が形成されることになる。このような状態で加熱コイル１内に搬送された被加熱材３には、加熱コイル１内の交番磁束により加熱コイル１の周方向に上述のほぼ環状の箱形循環導通路を通って電磁気による誘導電流が発生し、被加熱材３が加熱される。

このような誘導加熱装置に於いては、薄い鋼板の加熱温度を７７０℃以上の高温領域とする場合でも、従来のもののように加熱周波数を高くする必要がなく、比較的低い加熱周波数で加熱することが可能になり、複雑で高価な高周波電源装置を用いる必要がなくなる。このため、加熱周波数の上昇による誘導加熱装置の周囲への電磁波の漏洩による損失の増大、ノイズ発生などの電磁波障害の発生の問題も軽減できるという効果が得られる。

実施の形態２.
図５はこの発明の別の実施の形態を示す図３と同様の概略断面図であり、図５から判るように、この発明の誘導加熱装置は、導通装置１２の導電性の無端ベルト１４を第１および第２の被加熱材部分７および８の側縁１０および１１に押圧する押圧装置１７を備えている。押圧装置１７は気体あるいは液体を用いた流体圧シリンダ機構などで構成され、駆動ローラ装置１５を介して無端ベルト１４を被加熱材３の側縁１０あるいは１１に接触圧力をもって押し付け、その間に良好な電気的接触を維持してスパークの発生を防止することができる。

実施の形態３.
図６はこの発明の誘導加熱装置の導通装置１２の別の例を示す概略平面図であり、この導通装置１２に於いては、無端ベルト１４の周方向の一部分が絶縁体１８であって、無端ベルト１４はこの部分で長さ方向には電気的に連続していない。無端ベルト１４の周方向の大部分は導電体１９である。このような導通装置１２の無端ベルト１４は、部分的に絶縁体１８を備えているので、導電体である無端ベルト１４に誘導電流が分流して無端ベルト１４が発熱するようなことを防ぐことができる。本来の被加熱材３の誘導加熱に必要な誘導電流がとぎれないようにするためには、この部分的絶縁体１８の長さは短い方がよい。無端ベルト１４の導電体部分１９と絶縁体部分１８との結合は簡単なボルト止め、接着剤等の周知の適当な結合手段により行われるJ

図には示してないが、駆動ローラ装置１５を対地絶縁することができる。駆動ローラ装置１５の対地絶縁は、例えば駆動ローラ装置１５のローラの軸受の取付金具に絶縁物を使用する等の駆動ローラ装置１５と大地との間に絶縁体を介在させることにより行われる。また、駆動ローラ装置１５のローラ自体を絶縁体で製作することもできる。このような対地絶縁により、鋼板である被加熱材３と、導通装置１２の無端ベルト１４と、大地との間に誘導電流の一部が漏洩し、駆動ローラ装置１５のベアリング等の回転部分に電食が発生するなどの悪影響を防ぐことができる。

以上説明した実施の形態に於いては被加熱材として曲げて折り返した鋼板を加熱する場合を説明したが、この発明はほぼ平行に配置した２枚の別個の鋼板を加熱する場合にも同様に適用できる。また、被加熱材として鋼板を加熱する場合を説明したが、鋼板以外の他の導電体を加熱する場合にも同様の優れた効果が得られる。例えば、銅、アルミニウムなどを加熱する場合には、従来はこれらの材料は非磁性体であるので、低温での加熱のためにも高い加熱周波数を必要としていたが、加熱周波数を低く維持したままでも加熱することができるようになった。

この発明の誘導加熱装置の実施の形態を示す概略平面図である。図１の誘導加熱装置の概略側面図である。図１の線III-IIIに沿った概略断面図である。この発明の誘導加熱装置の作動原理を示す概略図である。この発明の別の実施の形態を示す図３と同様の概略断面図である。この発明の誘導加熱装置の導通装置の別の例を示す概略平面図である。

符号の説明

１加熱コイル、３被加熱材、４供給装置、７、８第１および第２の被加熱材部分、１０、１１側縁、１２導通装置、１３駆動装置、１４無端ベルト、１５駆動ローラ装置、１６冷却装置、１７押圧装置、１８絶縁体。

Claims

筒状の高周波加熱コイルと、
上記加熱コイルに対して板状の被加熱材を供給して、上記加熱コイル内に上記加熱コイルの軸方向に平行な２つの側縁がそれぞれ互いに平行になるように互いに離間して配置された第１および第２の被加熱材部分を形成させる供給装置と、
上記加熱コイル内で、上記第１および第２の被加熱材部分の上記側縁に電気的に接触して各側の上記側縁間をそれぞれ電気的に導通させる導通装置とを備え、
もって上記加熱コイル内に上記被加熱材により構成されて上記加熱コイルの周方向に連続した閉じた導電路を形成した誘導加熱装置。
上記第１および第２の被加熱材部分が、帯状の被加熱材の折り返されて重ねられた部分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。
上記供給装置が、上記被加熱材を搬送しつつ所定位置に保持するローラ装置であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の誘導加熱装置。
上記導通装置が上記第１および第２の被加熱材部分の上記側縁に接し、駆動装置により駆動される無端ベルトであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
上記導通装置の上記無端ベルトを上記加熱コイル外で冷却する冷却装置を備えたことを特徴とする請求項４に記載の誘導加熱装置。
上記導通装置を上記第１および第２の被加熱材部分の上記側縁に押圧する押圧装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
上記導通装置が、部分的に絶縁体を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
上記ローラ装置が、対地絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。
上記ローラ装置が、絶縁体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。