JP2009242823A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱物の多様な凹凸やうねりにも通電導体（加熱コイル）と被加熱物との距離を一定に保つことにより、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することのできる誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】駆動車輪２，補助車輪３により走行可能な走行台車１に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランス９と、増幅トランス９から供給された高周波電流によって交番磁界を発生する通電導体１０とを備え、通電導体１０によって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、通電導体１０自体を絶縁状態で被加熱面に接触させる構成とした。これにより、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも通電導体１０と被加熱物との距離を一定に保ち、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することができるので、薄板にも対応可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶などの金属構造物製作過程において、溶接部分の歪取り作業その他の加熱作業に使用する誘導加熱装置に関する。

船舶などの鉄鋼構造物は、鋼板を溶接して組み立てられる部分が多いが、溶接を行った部分には歪みが生じるため、通常、溶接・組立が終わった後、溶接部分を加熱・冷却することによって歪みを除去する作業が行われている。
この歪みは、溶接熱により溶接部が収縮し変形することによって生じるが、鋼板の反対側を収縮させて修正することで除去することができる。また、寸法ズレや構造による弛みにより生じる歪みは、鋼板を加熱後、収縮させて寸法を合わせて修正することで除去することができる。

従来の歪み取り作業においては、作業者がガストーチを手に持って溶接部分に沿って移動しながら加熱するという方法が採られていた。しかしながら、ガス加熱による方法は、表面加熱であるため温度ムラが生じやすく、また、作業に高度の熟練を要するため、熟練工不足が顕著化した近年においては採用が減少し、これに代わって、高周波誘導加熱装置による加熱が行われるようになっている。

従来の高周波誘導加熱装置として、例えば、本願出願人は先に、被加熱物を短時間で昇温させることが可能で、加熱作業の自動化を図ることが可能な歪み取り加熱装置を特許文献１として提案した。

その歪み取り加熱装置は、走行台車に増幅トランスと誘導加熱コイル（通電導体）とが搭載され、走行台車はモータによって駆動される駆動車輪及び補助車輪を備え、加熱作業中はガイドレールに沿って走行可能な構成である。

また、特許文献２には、電源からの高周波電流を増幅トランスにて増幅して鋼材の表面に近接させて配設された加熱コイルに通電し、鋼材に誘導電流による発熱を生起して鋼材の加熱コイルに対面する変形部とその近傍部位を加熱することにより鋼材の変形によって生じた歪を除去するように構成された加熱装置と、鋼材上に移動可能に設けられて加熱装置が搭載される走行台車とを備えた鋼材の歪除去装置において、走行台車の走行用車輪を支持する台車本体内に台車本体とは独立して上下動可能かつ鋼材の表面を移動可能に設けられるとともに電源からの電流を増幅して加熱コイルに供給する増幅トランス及び加熱コイルを支持する支持部材と、支持部材を介して加熱コイルと鋼材の表面との間隙を所定間隙に保持せしめる加熱コイル隙間調整機構とを備え、加熱コイル隙間調整機構は、支持部材と台車本体との間に介装されて支持部材を鋼材の表面に接触せしめる方向に付勢されたばねと、走行用車輪に磁力作用を持たせて台車本体を介して車輪によるばねの背部からの押圧作用と、ばねによる内部支持部材のガイドローラを介しての鋼板表面への押し付け作用とにより、車輪が磁力により常時鋼板の表面に接触しながら転動して、台車本体を介して支持部材の鋼材表面からの高さ位置が一定になるように走行台車を走行せしめるように構成した鋼材の歪除去装置が記載されている。

特開平１１−１７００８１号公報 特許第４０１５４８１号公報

前掲の特許文献１に記載された歪み取り加熱装置では、誘導加熱コイルと被加熱物である鋼板との間に所定の隙間があるので、その隙間の距離によっては加熱効率が悪いという問題がある。また、被加熱物である鋼板の表面にうねり等の変形があると、目標とする鋼板表面への入熱量にばらつきが生じるという問題がある。

特許文献２に記載された歪除去装置は、加熱コイルを支持する支持部材に設けられているガイドローラを、ばねを用いて鋼板の表面に押し付けることにより鋼板のうねり等の変形により加熱コイルと鋼板との間の隙間による入熱量のばらつきを解消する構成としているが、ガイドローラのピッチ以下の寸法の凹凸やうねりには対応できない。そこでガイドローラの径を余り小さくすると、走行台車の走行に支障が出てくるので、ガイドローラの小径化にも限度がある。特に薄板加熱の場合は加熱した瞬間に被加熱面が膨張変形し、狭い領域で凹または凸の状態となり一定加熱が難しい。

本発明は、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも通電導体（加熱コイル）と被加熱物との距離を一定に保つことにより、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することのできる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の誘導加熱装置は、車輪により走行可能な走行台車に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランスと、前記増幅トランスから供給された高周波電流によって交番磁界を発生する通電導体とを備え、前記通電導体によって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、前記通電導体自体を絶縁状態で前記被加熱面に接触させる構成としたことを特徴とする。

誘導加熱効率は、通電導体と被加熱面との距離の２乗に反比例し、空隙が大きくなればなるほど誘導加熱効率は極端に小さくなる。板状金属は加熱による熱膨張により凹凸が発生する。また加熱前でも変形やうねりがある。さらに、通電導体は板状金属の被加熱面の状態により上下、傾きが移動する。そこで、本発明においては、上下移動は被加熱面の距離を通電導体の絶縁被覆の厚さで保持し、傾き移動は通電導体と被加熱面とが平行になるように接触させることで、連続走行中も通電導体と被加熱面との距離を最小に保持することにできるので、加熱が安定し、誘導加熱効率が高めることができる。

本発明において、走行台車を駆動する駆動電動機を設けることにより、走行台車の運転労力を軽減することができる。
また、通電導体を前記被加熱面に接触させる圧力を調整する手段を設けることにより、接触圧力を一定に保持できると共に、走行時の摩擦を適正に調整することができる。
前記通電導体を所定角度範囲で揺動させる揺動手段を設けることにより、被加熱面に凹凸やうねりがあっても、通電導体を被加熱面に密着させることができる。

前記通電導体を被加熱面に対して非接触状態に引き上げた位置で固定する非接触位置固定手段を設けることにより、加熱休止時に通電導体を保護して走行、移動ができる。
前記通電導体の絶縁被覆は耐熱、耐摩耗性の電気絶縁材料で表面処理されている構成とすることにより、被加熱面と通電導体が短絡して火花や漏電する事故を防ぐことができる。
前記通電導体の絶縁被覆を耐熱、耐摩耗性の電気絶縁材料のシートとすることにより、被加熱面と通電導体が短絡して火花や漏電する事故を防ぐことができる。

前記通電導体に、前記板状金属の凹凸、段差に追従して前記通電導体を接触させるための補助接触具を取り付けることにより、板状金属に凹凸や段差があっても、走行台車の前進に伴って通電導体を上下させ、通電導体を板状金属に密接した状態に保つことにより、加熱を効率的に行うことができる。
前記走行台車の上流に金属粉塵除去用の流体噴出ノズルを設けることにより、被加熱面と通電導体との間に金属粉塵が入って両者間の密着性が悪化したり、絶縁被覆、絶縁シートが損耗することを防止することができる。
通電導体の形状を円形またはＵ字形とすることにより、走行台車の進行方向の加熱領域を広げることができ、また、円形とすることにより走行台車の進行方向およびその進行方向に対して直交する方向の広い範囲を加熱することができるため、状況に応じた加熱作業を行うことができ、作業効率の向上にも寄与することができる。

本発明によれば、車輪により走行可能な走行台車に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランスと、増幅トランスから供給された高周波電流によって交番磁界を発生する通電導体とを備え、通電導体によって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、通電導体自体を絶縁状態で前記被加熱面に接触させる構成としたことにより、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも通電導体と被加熱物との距離を一定に保ち、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することができるので、薄板にも対応可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図、図２は要部正面図である。

これらの図において、誘導加熱装置を構成する走行台車１は、駆動車輪２，補助車輪３により走行可能である。駆動車輪２は、駆動電動機４によって駆動可能である。また、走行台車１は、取っ手５を手で持って前後方向に押し引きすることにより移動可能である。駆動車輪２と駆動電動機４との間にはクラッチ機構（図示せず）が搭載されている。

走行台車１に固定された支持具６には、引き上げ金具７によって昇降自在に固定金具８が取り付けられており、この固定金具８に、増幅トランス９および通電導体１０が搭載されている。固定金具８は、走行台車１に、傾き回転軸１１によって垂直軸に対して所定角度揺動自在に傾き回転腕１２が取り付けられており、傾き制限具１３により揺動角度が規制されている。傾き回転腕１２の上部には上下滑動台１４が形成されており、この上下滑動台１４に、固定金具８が上下動自在に装着されている。したがって、固定金具８は、傾き回転腕１２により上下方向および傾き方向に昇降及び揺動自在である。

増幅トランス９の上部には引き上げ固定具１５が取り付けられており、増幅トランス９、すなわち通電導体１０を上昇させた位置で固定できるようになっている。
通電導体１０の前後には、板状金属の凹凸、段差に追従して通電導体１０を接触させるための補助接触具１６が設けられている。走行台車１の前方には、粉塵除去ノズル１７が設けられている。
増幅トランス９は、高周波電源（図示せず）によって生成された高周波電流を所定の電流値に増幅するものであり、その出力端子には、通電導体１０が接続されている。

通電導体１０の形状の例を図３〜図５に示す。図３は通電導体が円形の場合を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は被加熱面をハッチングで示している。図４は通電導体がＵ字状の場合を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は被加熱面をハッチングで示している。図５は通電導体が縦向き矩形の場合を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は被加熱面をハッチングで示している。

これらの図の（ｂ）に示されているように、通電導体１０は、増幅トランス９から垂下して、Ｌ字状に曲げられており、被加熱面への接触端部は、平面視で円形、Ｕ字状または直線状に形成されている。図３（ａ）に示す円形の通電導体１０Ａの場合は、ほぼ１ターンの誘導コイルとなり、被加熱面は、図３（ｃ）に示すように、円の直径の幅の範囲となる。図４（ａ）に示すＵ字状の通電導体１０Ｂの場合は、１ターン弱のターン数の誘導コイルの役割を果たし、被加熱面は、図４（ｃ）に示すように、平行な２本の線状となる。図５（ａ）に示す縦向き矩形の通電導体１０Ｃの場合は、半ターンの誘導コイルとなり、被加熱面は、図５（ｃ）に示すように直線状となる。通電導体１０の表面は、板状金属である被加熱面に対して直接接触して短絡しないように、絶縁被覆で表面が覆われているか、絶縁シートが巻き付けまたは貼り付けられている。絶縁シートは、摩耗したときに、交換することにより、絶縁状態を常に良好に保つことができる。なお、各通電導体１０（１０Ａ〜１０Ｃ）の内部は中空であり、内部に冷却水を通して、通電導体１０が高温になるのを抑制するようにしている。

補助接触具は、上述したように、板状金属の凹凸、段差に追従して通電導体１０を接触させるためのものであり、例えば図６に示すように進行方向の前後にスロープ１０ａ，１０ｂを設けることで実現することができる。しかし、このスロープ１０ａ，１０ｂは、被加熱物である板状金属を加熱することには寄与せず、電気抵抗が増える方が問題であるのでロスとなる。

そこで、図７に示すように円形の通電導体１０Ａの前後に補助板１８をネジまたはろう付けで固定し、その補助板１８に耐熱絶縁材にてなる補助接触具１６ａ，１６ｂを固定する。Ｕ字状の通電導体１０Ｂの場合には、図８に示すようにその前後に補助板１８をネジまたはろう付けで固定し、その補助板１８に耐熱絶縁材にてなる補助接触具１６ｃ，１６ｄを固定する。このように通電導体１０Ａ，１０Ｂとは別に、テーパを有する補助接触具１６ａ〜１６ｄを取り付けることにより、板状金属等の被加熱面に凸部１９等の凹凸やうねりがある場合、通電導体１０Ａ，１０Ｂが凸部１９等にぶつかったり大きな抵抗となることがなく、通電導体１０Ａ，１０Ｂを上昇させて、乗り越えることができる。乗り越えた後は、再び通電導体１０Ａ，１０Ｂが被加熱面に接触するように下降する。

なお、増幅トランス９に高周波電流を供給する高周波電源、通電導体１０を冷却する冷却水供給装置、粉塵除去ノズル１７から吹き出すエアーの供給源は、走行台車１に内蔵してもいいが、重量が重くなるのを避けるために、別の移動台車に設置し、ケーブルやチューブで走行台車１と接続して使用することができる。

また、図示しないが、通電導体１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を被加熱面に接触させる圧力を調整するために、支持具６と固定金具８との間にウエイト、カウンターウエイト、スプリング等の圧力調整手段を設けることにより、通電導体と被加熱面との間の接触圧力を一定に保持できると共に、走行台車１の走行時の通電導体と被加熱面との間の摩擦を適正に調整することができる。

次に、本実施の形態の誘導加熱装置の動作について順を追って説明する。
（１）まず、走行台車１を、加熱処理予定部である板状金属の場所に運ぶ。
（２）駆動車輪２と駆動電動機４との間にあるクラッチ機構（図示せず）のクラッチを切り、手動で走行台車１を自由に移動可能とする。
（３）供給エアーのバルブを開にし、粉塵除去ノズル１７からエアーを吹き出して、加熱処理開始部近辺の粉塵を吹き飛ばす。
（４）加熱処理開始位置を確認し、駆動車輪２と駆動電動機４との間にあるクラッチ機構を入れる。
（５）引き上げ固定具１５を解除し、板状金属の被加熱面に絶縁被覆を介して通電導体１０を接触させる。
（６）移動台車のスイッチ加熱オン、駆動電動機４による走行オン、鋼板冷却水バルブ開で移動加熱処理を開始する。
（７）加熱処理予定部の移動処理が完了する。
（８）走行台車１のスイッチ加熱オフ、駆動電動機４による走行オフ、鋼板冷却水バルブ閉で、移動加熱処理を終了する。
（９）供給エアーのバルブを閉じ、引き上げ固定具１５で通電導体１０を引き上げ固定する。
（１０）走行台車１を次の加熱処理予定部へ運ぶ。
（１１）駆動車輪２と駆動電動機４の間のクラッチ機構を切る。これにより走行台車１を手動で自由に移動することが可能となる。

本発明は、被加熱物の多様な凹凸やうねりにも通電導体と被加熱物との距離を一定に保ち、高電力効率で走行移動しながら加熱温度条件を保持することができる誘導加熱装置として、被加熱面である板状金属の熱処理後の歪み取りの他、溶接前の予熱、曲げ加工の前の加熱などの各種の用途の加熱に利用することができる。特に、薄板の加熱では加熱した瞬間に被加熱面が膨張変形し、狭い領域で凹または凸の状態となり一定加熱が難しいので、本発明による効果は大である。

本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置を示す要部正面図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の通電導体が円形の場合を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の通電導体がＵ字形の場合を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の通電導体が縦向き矩形の場合を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の通電導体自体に補助接触具を形成した場合の問題を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の通電導体が円形の場合の補助接触具を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の通電導体がＵ字状の場合の補助接触具を示す説明図である。

符号の説明

１ 走行台車
２ 駆動車輪
３ 補助車輪
４ 駆動電動機
５ 取っ手
６ 支持具
７ 引き上げ金具
８ 固定金具
９ 増幅トランス
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 通電導体
１０ａ，１０ｂ スロープ
１１ 傾き回転軸
１２ 傾き回転腕
１３ 傾き制限具
１４ 上下滑動台
１５ 引き上げ固定具
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 補助接触具
１７ 粉塵除去ノズル
１８ 補助板
１９ 凸部

Claims (10)

1. 車輪により走行可能な走行台車に、入力された高周波電流を増幅して出力する増幅トランスと、前記増幅トランスから供給された高周波電流によって交番磁界を発生する通電導体とを備え、前記通電導体によって発生された交番磁界により板状金属に渦電流を誘導して当該板状金属の被加熱面を加熱する誘導加熱装置において、
   前記通電導体自体を絶縁状態で前記被加熱面に接触させる構成としたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記走行台車を駆動する駆動電動機を設けた請求項１記載の誘導加熱装置。
3. 前記通電導体を前記被加熱面に接触させる圧力を調整する手段を設けた請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記通電導体を所定角度範囲で揺動させる揺動手段を設けた請求項１から３のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。
5. 前記通電導体を前記被加熱面に対して非接触状態に引き上げた位置で固定する非接触位置固定手段を設けた請求項１から４のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。
6. 前記通電導体の絶縁被覆は耐熱、耐摩耗性の電気絶縁材料で表面処理されている請求項１から５のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。
7. 前記通電導体の絶縁被覆は耐熱、耐摩耗性の電気絶縁材料のシートである請求項１から５のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。
8. 前記通電導体に、前記板状金属の凹凸、段差に追従して前記通電導体を接触させるための補助接触具を取り付けた請求項１から７のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。
9. 前記走行台車の上流に金属粉塵除去用の流体噴出ノズルを設けた請求項１から８のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。
10. 前記通電導体の形状が円形またはＵ字形である請求項１から９のいずれかの項に記載の誘導加熱装置。

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