JP2010212033A - トランスバース方式の誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特別なコイルを用いたり、コイルの位置を調整したりすることなく、加熱対象の金属板の幅方向における温度分布を調整することができるトランスバース方式の誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】 ステンレス鋼板１００の上側の領域で、ステンレス鋼板１００の通板方向につづら折になるように、上側コイル１２を配置すると共に、ステンレス鋼板１００の下側の領域で、ステンレス鋼板１００の幅方向につづら折になるように、下側コイル１３を配置する。そして、上側コイル１２と下側コイル１３とを交流電源に対して直列に接続する。これにより、ステンレス鋼板１００に流れる渦電流の分布を格子縞状にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トランスバース方式の誘導加熱装置に関し、特に、導体板に交番磁界を略垂直に交差させて当該導体板を誘導加熱するために用いて好適なものである。

従来から、鉄鋼業等において鋼板等を製造ラインで製造するのに際して、誘導加熱装置を用いて帯状の鋼板等の導体板を連続的に加熱することが行われている。誘導加熱装置は、コイルから発生した交番磁界（交流磁界）を導体板に印加し、電磁誘導により当該導体板に誘起される渦電流に基づくジュール熱を当該導体板に発生させ、このジュール熱により当該導体板を加熱するものである。このような誘導加熱装置として、ソレノイド方式の誘導加熱装置がある。ソレノイド方式の誘導加熱装置は、加熱対象の導体板をソレノイドコイルの内側に置いて、当該導体板の長手方向に交番磁界を略平行に印加するものである。ソレノイド方式の誘導加熱装置では、板厚が薄くなると（例えば１［ｍｍ］以下になると）、交番磁界の周波数を高くしても導体板を所望の温度に加熱することができなくなる虞がある。

そこで、薄い導体板を容易に誘導加熱することができる誘導加熱装置として、トランスバース方式の誘導加熱装置がある。トランスバース方式の誘導加熱装置は、例えば水平方向に移動する導体板の板面に対向して、その上及び下に一対のコイルを配設して加熱対象の導体板の板面に交番磁界を略垂直に印加するものである。一般的なトランスバース方式の誘導加熱装置では、帯状の導体板の幅方向における端部（以下の説明では、この部分を必要に応じてエッジ部と称する）に渦電流が多く流れるため、当該エッジ部が過加熱となる虞がある。

そこで、特許文献１には、コイルの周回面が長円形のコイルや菱形のコイルを、当該長方形又は菱形の長軸の方向と金属帯板の幅方向とのなす角度が±４０［°］の範囲内で変わるように設置すると共に、長円形のコイルや菱形のコイルを金属帯板の幅方向に平行移動して、長円形のコイルや菱形のコイルの長軸方向の湾曲部を金属帯板のエッジ部と僅かに対向させることにより金属帯板の幅方向の磁束を変化させて、金属板の幅方向における温度分布を均一にすることが開示されている。

また、特許文献２には、金属板に対向して配設された加熱コイルである１次コイルから発生する一次磁束のうち、金属板の外側を通過する漏洩磁束により二次磁束を発生する複数の２次コイルを金属板−加熱コイル間に設け、複数の２次コイルから、１次磁束と同方向又は逆方向の二次磁束を発生させたり、複数の２次コイルを金属板の板面方向に沿って動かしたりすることにより、金属板の幅方向における温度分布を均一にすることが開示されている。

特開２００３−１３３０３７号公報 特開２００７−１２２９２４号公報

しかしながら、通常は加熱対象の導体板の幅は製造ロットによって変動することがあり、特許文献１に記載の技術では、加熱対象となる導体板の板幅に合わせて、コイルの位置を調整しなければならない。また、コイルを動かすための機構が必要となる。
また、特許文献２に記載の技術では、２次コイルを新たに設ける必要がある。また、２次コイルを動かすための機構が必要となり、構造が複雑になるとともに２次コイルの損失が生じ、エネルギー効率の観点から不利である。

以上のように従来の技術では、加熱コイルとは別の、例えば磁束調整用のための特別なコイルを用いたり、コイルの位置を調整したりしなければ、加熱対象の金属板の幅方向における温度分布を調整することができなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、特別なコイルを用いたり、コイルの位置を調整したりすることなく、加熱対象の金属板の幅方向における温度分布を従来よりも均一になるように調整することができるトランスバース方式の誘導加熱装置を提供することを目的とする。

本発明のトランスバース方式の誘導加熱装置は、加熱対象の導体板の板面に交番磁界を略垂直に交差させて当該導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置であって、前記導体板の上側に配置され、互いに平行で所定の間隔Ａを有する複数の直線部分と、複数の折り返し部分とからなるつづら折形状の上側コイルと、当該導体板の下側に配置され、互いに平行で所定の間隔Ｂを有する複数の直線部分と、複数の折り返し部分とからなるつづら折形状の下側コイルとを有し、前記上側コイル及び下側コイルそれぞれのコイル面は、前記導体板の板面と所定の間隔Ｃ、Ｄを有して相互に対向しており、前記上側コイルの直線部分と下側コイルの直線部分とは互いに略直交する向きで、且つ、それぞれ導体板の長手方向または幅方向と平行な方向に向いており、前記上側コイルの直線部分の方向と、前記下側コイルの直線部分の方向とのなす角度は、４５°以上９０°以下の範囲内であることを特徴とする。
また、本発明のトランスバース方式の誘導加熱装置はさらに、前記上側コイルの隣接する直線部分の隙間に、当該上側コイルと電気的に絶縁された状態で配置された上側ティース状鉄心と、前記下側コイルの隣接する直線部分の隙間に、当該下側コイルと電気的に絶縁された状態で配置された下側ティース状鉄心とを有することを特徴とする。

本発明によれば、導体板と間隔を有して対向する領域で、当該導体板の板面と平行な方向につづら折形状を有するコイルを、当該導体板の上側と下側とにそれぞれ設け、上側コイルの直線部分の方向と、下側コイルの直線部分の方向とのなす角度を、４５°以上９０°以下の範囲内にした。したがって、導体板に流れる渦電流を格子縞状に分布させることが可能になり、導体板の幅方向における温度分布を、これまでのトランスバース方式の加熱装置のように特別なコイルを用いたり、コイルの位置を調整したりすることなく調整することができる。特に、導体板の幅方向における端部が過加熱になることを、特別なコイルを用いたり、コイルの位置を調整したりすることなく実現することができる。

本発明の第１の実施形態を示し、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、上側コイルと下側コイルの位置関係の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、誘導加熱装置によりステンレス鋼板がどのように加熱されるのかを解析した結果の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、誘導加熱装置により加熱されたステンレス鋼板の幅方向における温度分布の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示し、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示し、誘導加熱装置によりステンレス鋼板がどのように加熱されるのかを解析した結果の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示し、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態を示し、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下に示す本発明の各実施形態では、加熱対象の導体板が、板厚０．２［ｍｍ］のステンレス鋼板（ＳＵＳ板）である場合を例に挙げて説明する。尚、以下の説明では、トランスバース方式の誘導加熱装置を、必要に応じて誘導加熱装置と略称する。また、以下の説明ではステンレス鋼板の比透磁率を１とする。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。具体的に図１（ａ）は、水平方向に搬送される帯状のステンレス鋼板１００を加熱している誘導加熱装置１０を斜め上方から俯瞰した図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´断面をステンレス鋼板１００の幅方向から見た図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ´断面を通板方向から見た図である。尚、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示している数値は、誘導加熱装置１０の寸法［ｍｍ］の一例を示すものである。

図１において、誘導加熱装置１０は、上側コイル１２と、下側コイル１３とを有している。上側コイル１２の一端と下側コイル１３の一端とが相互に接続されており、上側コイル１２の他端と下側コイル１３の他端は、図示しない交流電源に接続されている（すなわち、上側コイル１２と下側コイル１３は前記交流電源に対して直列に接続されている）。

上側コイル１２及び下側コイル１３は、中空角柱形状（断面外形が角型で中空）を有する導体製（例えば銅製）のパイプを用いて形成され、ステンレス鋼板１００の板面と平行な面内において一方向に平行な直線部分と折り返し部分とからなるつづら折形状の部分を有する。当該つづら折形状の部分が形成する、ステンレス鋼板１００の板面と平行な面をコイル面と呼ぶ。また、上側コイル１２及び下側コイル１３のコイル面は、ステンレス鋼板１００の板面と、接触しないように所定の間隔を有して相互に対向している。本発明では、このように加熱対象の導体板の板面と平行なコイル面内においてつづら折形状を有し、つづら折形状が含まれる面が導体板の板面と所定の間隔を有して対向している導体をコイルと定義する。なお、ステンレス鋼板１００の通板方向が水平方向でないとき、例えば鉛直方向のときには上側コイル１２と下側コイル１３それぞれを、ステンレス鋼板１００を挟んでコイル面をステンレス鋼板１００の板面に並行に対向して設置された第１コイル及び第２コイルと呼び換えればよい。

上側コイル１２のつづら折形状の直線部分は、ステンレス鋼板１００の通板方向（図１（ａ）の矢印の方向）と平行になるようにステンレス鋼板１００の上側に配置される。また、上側コイル１２は、そのつづら折形状の折り返し部分において４回折り返されている。すなわち、上側コイル１２は、そのつづら折形状の部分のうち、相互に所定の間隔を有して通板方向に延設されている直線部分の数が５になるようにしている。ここで、上側コイル１２のつづら折の部分のうち、相互に間隔を有して延設されている直線部分の数をＮ（Ｎは自然数）とした場合、当該コイルのターン数は（Ｎ−１）ターンであると定義する。そうすると、上側コイル１２のターン数は４ターン（＝５−１）となる。尚、ここでいうターン数は、つづら折のための折り返し数と等しくなる。

また、本実施形態では、上側コイル１２のつづら折を有している部分のうち、ステンレス鋼板１００の幅方向で相互に間隔を有して隣接している直線部分の当該間隔（図１に示す例では６０［ｍｍ］）と、上側コイル１２とステンレス鋼板１００との間隔（図１に示す例では６０［ｍｍ］）とを同じにしている。
さらに、本実施形態では、上側コイル１２の中空部分に冷却水を流して、上側コイル１２の発熱が大きくなることを抑制するようにしている（すなわち、上側コイル１２を水冷している）。

一方、下側コイル１３のつづら折の直線部分は、ステンレス鋼板１００の幅方向に平行に、ステンレス鋼板１００の下側に配置される。すなわち、図２に示すように、本実施形態では、上側コイル１２の直線部分の方向２１と、下側コイル１３の直線部分の方向２２とのなす角度θが９０［°］になるようにしている。

尚、下側コイル１３のターン数は、上側コイル１２のターン数と同じであり、４ターンである。また、本実施形態では、下側コイル１３についても、下側コイル１３のつづら折形状を有している部分のうち、ステンレス鋼板１００の通板方向で相互に間隔を有して隣接している直線部分の当該間隔（図１に示す例では６０［ｍｍ］）と、下側コイル１３とステンレス鋼板１００との間隔（図１に示す例では６０［ｍｍ］）とを同じにしている。また、下側コイル１３の中空部分にも、上側コイル１２と同様に、冷却水を流すようにする。なお、上側コイル１２と下側コイル１３それぞれの直線部分の向きは入れ替えても良いことは明らかである。

本願発明者らは、以上のような誘導加熱装置１０によりステンレス鋼板１００がどのように加熱されるのかをＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）によって解析した。図３は、誘導加熱装置１０によりステンレス鋼板１００がどのように加熱されるのかを解析した結果の一例を示す図である。また、図４は、誘導加熱装置１０により加熱されたステンレス鋼板１００の幅方向における温度分布の一例を示す図である。
尚、ここでは、上側コイル１２と下側コイル１３に流れる電流の値（実効値）が５０００［Ａ］、上側コイル１２と下側コイル１３に流れる電流の方向が逆方向、周波数が６０［Ｈｚ］、３［ｋＨｚ］、空気の比透磁率が１、導電率が０［Ｓ／ｍ］、ステンレス鋼板１００の比透磁率が１、導電率が１．３８９×１０⁶［Ｓ／ｍ］であるとして解析を行った。

図３、図４に示すように、ステンレス鋼板１００に流れる渦電流は、格子縞状に分布し、ステンレス鋼板１００の幅方向における端部（エッジ部）が過加熱されていないことが分かる。尚、図４は、通板中のステンレス鋼板１００の或る時刻における或る箇所の温度分布を抜き出して示したものであるが、ステンレス鋼板１００の温度は通板により均される。したがって、ステンレス鋼板１００の幅方向における実際の温度分布は、図４に示すものよりも均一になる。

以上のように本実施形態では、ステンレス鋼板１００の上側の領域でステンレス鋼板１００の通板方向につづら折になるように、上側コイル１２を配置すると共に、ステンレス鋼板１００の下側の領域でステンレス鋼板１００の幅方向につづら折になるように、下側コイル１３を配置する。そして、上側コイル１２及び下側コイル１３から、ステンレス鋼板１００に対して略垂直に交番磁界を交差させる。このようにすることによって、ステンレス鋼板１００に流す渦電流の分布を格子縞状にすることができる。したがって、加熱対象のステンレス鋼板１００の板幅が、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折の直線部分の当該板幅に対する部分の長さよりも極端に長くなければ（好ましくは短ければ）良い。そして、ターン数Ｎを適宜設定することにより、板幅が異なる複数種類のステンレス鋼板１００にも、誘導加熱装置１０を動かしたり、特別な機構や付属物（エッジシールド等の構造体等）を設けたりすることなく、ステンレス鋼板１００の幅方向における温度分布を所望の程度に均一にすることができ、ステンレス鋼板１００の幅方向における端部（エッジ部）が過加熱になることを抑制することができる。すなわち、通板し得る導体板の板幅の最大値よりも、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折形状の部分の当該板幅に対する部分の長さを長く設計すれば、いかなる板幅の導体板であっても、導体板の幅方向における端部（エッジ部）が過加熱になることを抑制することができる。これは導体板の移動方向についても該当し、上側コイル１２のつづら折り形状の直線部分を長くし、かつ、下側コイルのターン数を増やすことで導体板を長い加熱時間を確保することができる。

また、本実施形態では、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折形状を有している部分のうち、相互に間隔を有して隣接している直線部分の当該間隔と、上側コイル１２・下側コイル１３とステンレス鋼板１００との間隔とを同じにした。したがって、上側コイル１２及び下側コイル１３に流れる電流によって形成される磁束が、ステンレス鋼板１００に到達しなくなることを抑制することができ、それらの磁束がステンレス鋼板１００を貫通し、互いに結合して渦電流を格子縞状に形成する。

尚、本実施形態では、加熱対象の導体板としてステンレス鋼板１００を例に挙げて説明した。しかしながら、加熱対象の導体板は、ステンレス鋼板１００に限定されない。例えば、ステンレス鋼板１００以外の鋼板を加熱対象としてもよい。また、非磁性の金属板や強磁性の金属板等の導体板を加熱対象としてもよい。また、加熱対象の導体板の厚みは０．２［ｍｍ］に限定されない。トランスバース方式の誘導加熱装置は、ソレノイド方式の誘導加熱装置に比べて、薄板の加熱に適しているので、例えば、１［ｍｍ］以下の厚みの導体板を加熱対象にすることができる。

また、本実施形態では、上側コイル１２の直線部分の方向２１と、下側コイル１３の直線部分の方向２２とのなす角度θが９０［°］である場合を例に挙げて説明した（図２を参照。なお、対称性から９０［°］以上１８０［°］は０［°］から９０［°］と同じ状況が再現される）。このようにすれば、ステンレス鋼板１００に流れる渦電流を、一様な格子縞状とし、各格子縞を密にすることが可能になるので、従来よりも均一に加熱することができて好ましい。しかしながら、ステンレス鋼板１００に流れる渦電流を概ね格子縞状に分布させることができれば、角度θは９０［°］に限定されない。例えば、実用上の角度θの精度を考慮して角度θを８０［°］以上、９０［°］以下の範囲の何れかの値にすることができる。また、角度θを４５［°］以上、９０［°］以下の範囲の何れかの値にすることができる。角度θが４５［°］を下回ると、渦電流の格子縞の間隔が広くなりすぎるため、ステンレス鋼板１００の幅方向における温度分布の均一化ができなくなる虞があるからである。

また、本実施形態では、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折形状の直線部分において相互に間隔を有して隣接している部分の当該間隔が、上側コイル１２・下側コイル１３とステンレス鋼板１００との間隔と同じである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側コイル１２・下側コイル１３に流れる電流によって形成される磁束が、ステンレス鋼板１００に到達するようにしていれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折形状の直線部分において相互に間隔を有して隣接している部分の当該間隔を、上側コイル１２・下側コイル１３とステンレス鋼板１００との間隔以上にしたり、当該閾値を上回るようにしたりすることができる。このように、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折形状の直線部分において相互に間隔を有して隣接している部分の当該間隔を大きくすれば、上側コイル１２・下側コイル１３に流れる電流によって形成される磁束を、より確実にステンレス鋼板１００に到達させることができる。

また、本実施形態では、上側コイル１２・下側コイル１３のターン数が４である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側コイル１２・下側コイル１３のターン数は、２以上（すなわち、つづら折のために折り返されている数が２以上）であれば幾つであってもよい。このようにターン数を規定するのは、ターン数を１ターンにすると、ステンレス鋼板１００に流れる渦電流を格子縞状に分布させることができなくなるからである。
また、本実施形態では、上側コイル１２のターン数と下側コイル１３のターン数とを同じにした場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側コイル１２のターン数と下側コイル１３のターン数とを異ならせてもよい。すなわち、つづら折形状の直線部分間の間隔、各コイル面と加熱対象との距離（すなわちリフトオフ）は、加熱対象の磁気的性質（磁性）や所望の温度分布の均一さや昇温の時系列パターン等に応じて適宜設定すればよく、均等である必要もない。特に、ステンレス鋼板１００の先端部が前記の２つのコイルを間を通過する場合は、各コイルを大きく移動して開口するか、横に移動して退避させておく必要があり、通過後に２つのコイルを所定の位置に移動させる。

また、本実施形態では、上側コイル１２・下側コイル１３が、中空角柱形状のものである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側コイル１２・下側コイル１３の形状はこのようなものに限定されない。例えば、上側コイル１２・下側コイル１３を中空円筒形状のもので構成してもよい。また、上側コイル１２・下側コイル１３は、中空のものでなくてもよい。また、つづら折形状の折り返し部分が矩形である例を上記したが、その他の形状、例えば半円弧形、半楕円弧形及び三角形等の多角形状であっても、平板であってもよい。
また、本実施形態では、上側コイル１２・下側コイル１３を、その中空部を通る冷却水によって水冷する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側コイル１２・下側コイル１３を冷却する方法はこのようなものに限定されない。例えば、上側コイル１２・下側コイル１３を、空冷してもよい。また、上側コイル１２・下側コイル１３を、冷却しなくてもよい。
また、上側コイル１２・下側コイル１３の接続方法も前述したものに限定されない。ただし、２つのコイルのつづら折り形状の外側の両端子部は上側コイル１２・下側コイル１３を対として図１（ａ）に見られるように上または下から見た場合に重なるよう近接させることが望ましい。そうでない場合は、上下で互いに逆向きの電流が作る磁束が互いに相殺せずに周囲に漏れるため、電子部品に障害を与えたり、構造物の部材を加熱するなどの弊害をもたらす虞があるためである。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態で説明した上側コイル１２・下側コイル１３に加えて鉄心を用いて誘導加熱装置を構成する。このように本実施形態では、第１の実施形態で説明した誘導加熱装置１００に対し、鉄心を追加した構成である。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１、図２に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。

図５は、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。具体的に図５（ａ）は、ステンレス鋼板１００を加熱している誘導加熱装置５０を俯瞰した図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ´断面をステンレス鋼板１００の幅方向から見た図である。また、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ´断面を通板方向から見た図である。尚、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示している数値は、誘導加熱装置１０の寸法［ｍｍ］の一例を示すものである。

図５において、誘導加熱装置５０は、上側コイル１２と、下側コイル１３と、ヨーク状鉄心５１と、ティース状鉄心５２とを有している。尚、コイル（上側コイル１２及び下側コイル１３）と、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）との境界部分には、不図示の絶縁フィルムが設けられている。また、上側コイル１２と下側コイル１３の位置、大きさ、及び形状は、第１の実施形態で説明したものと同じである（図１、図２を参照）。

ティース状鉄心５２ａ〜５２ｌは、上側コイル１２又は下側コイル１３のつづら折形状の直線部分の隙間に個別に配置される鉄心である。ティース状鉄心５２は、例えば、フェライト等の軟磁性材料により形成される。ただし、ティース状鉄心５２を形成する材料は、磁性体であればこのようなものに限定されない。
尚、本実施形態では、上側コイル１２のつづら折形状の直線部分の隙間に配置されるティース状鉄心５２ｂ、５２ｃ、５２ｋ、５２ｌが上側ティース状鉄心の一例となる。また、下側コイル１３のつづら折形状の直線部分の隙間に配置されるティース状鉄心５２ｆ、５２ｈ〜５２ｊが下側ティース状鉄心の一例となる。

ヨーク状鉄心５１ａ（５１ｂ）は、上側コイル１２（下側コイル１３）の上面（下面）に設けられ、上側コイル１２（下側コイル１３）のつづら折形状の直線部分の隙間に配置されているティース状鉄心５２と磁気的に接続される。ヨーク状鉄心５１もティース状鉄心５２と同じように、フェライト等の軟磁性材料により形成される。ただし、ヨーク状鉄心５１を形成する材料は、磁性体であればこのようなものに限定されない。
尚、本実施形態では、ヨーク状鉄心５１ａが上側ヨーク状鉄心の一例となる。また、ヨーク状鉄心５１ｂが下側ヨーク状鉄心の一例となる。

本願発明者らは、以上のような誘導加熱装置５０についても、ステンレス鋼板１００がどのように加熱されるのかをＦＥＭによって解析した。図６は、誘導加熱装置１０によりステンレス鋼板１００がどのように加熱されるのかを解析した結果の一例を示す図である。尚、ここでは、第１の実施形態において図３を用いて説明したのと同じ条件で解析を行った。

図６から分かるように、本実施形態の誘導加熱装置５０でも、第１の実施形態の誘導加熱装置１０と同様に、ステンレス鋼板１００に流れる渦電流は格子縞状に分布し、ステンレス鋼板１００の幅方向における端部（エッジ部）が過加熱されていないことが分かる（図３も参照）。また、本実施形態の誘導加熱装置５０では、第１の実施形態の誘導加熱装置１０よりも、ステンレス鋼板１００における全発熱量［Ｗ］及び発熱密度の最大値［Ｗ／ｍ³］が格段に大きくなり、ステンレス鋼板１００を効率よく加熱することができることが分かる。上側コイル１２・下側コイル１３に電流を流すことにより発生する磁界の磁路がヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２に形成されるため、ステンレス鋼板１００に磁界を伝え易くすることができるからである。

以上のように本実施形態では、上側コイル１２・下側コイル１３のつづら折形状の直線部分の隙間にティース状鉄心５２を個別に配置すると共に、ティース状鉄心５２と磁気的に接続されるように、上側コイル１２・下側コイル１３の上面・下面にヨーク状鉄心５１を配置するようにした。したがって、ステンレス鋼板１００に垂直に交差する磁界を第１の実施形態の誘導加熱装置１０よりも多くすることができ、ステンレス鋼板１００をより効率よく加熱することができる。特に、強磁性体の薄板については、キュリー温度以上の温度に加熱することができる。
また、上側コイル１２・下側コイル１３に電流を流すことにより発生する磁界の磁路をヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２に形成することができるので、当該磁界が周囲に拡散してしまうことを可及的に抑制することができる。これにより、誘導加熱装置５０から発生した磁界が、誘導加熱装置５０の周囲にある電子機器や周囲構造物の部材等に影響を及ぼすことを可及的に抑制することができる。

尚、本実施形態では、ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２を別体で形成した場合を例に挙げて説明したが、ヨーク状鉄心５１とこれに磁気的に接続されるティース状鉄心５２とを一体で形成してもよい。また、最も外側にあるティース状鉄心５２ａ、５２ｄ（５２ｅ、５２ｇ）は設けなくてもよい。このようにした場合、このティース状鉄心５２ａ、５２ｄ（５２ｅ、５２ｇ）とヨーク状鉄心５１ａ（５１ｂ）とを一体で形成して、これをヨーク状鉄心としてもよい。

また、本実施形態では、コイル（上側コイル１２及び下側コイル１３）と、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）との境界部分に、絶縁フィルムを設けるようにした場合を例に挙げて説明した。しかしながら、例えば、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）を、絶縁性を有する材料で形成する場合には、絶縁フィルムを設けなくてもよい。また、コイル（上側コイル１２及び下側コイル１３）と、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）とを電気的に絶縁する方法は、絶縁フィルムを用いるものに限定されない。例えば、絶縁テープを用いてもよいし、単なる空隙含めその他の方法で絶縁を行ってもよい。すなわち、コイル（上側コイル１２及び下側コイル１３）と、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）とを電気的に絶縁された状態で配置するようにしていれば、どのようにして前記コイルと前記鉄心とを電気的に絶縁してもよい。
また、本実施形態においても、前述した第１の実施形態の種々の変形例を適用することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述した第２の実施形態では、鉄心として、ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２を用いる場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、ティース状鉄心５２を用いずにヨーク状鉄心５１だけで鉄心を構成する。すなわち、図７に示すように、本実施形態の誘導加熱装置７０は、図５に示した第２の実施形態の誘導加熱装置５０から、ティース状鉄心５２を除いたものになる。本実施形態の誘導加熱装置７０のその他の構成は、第２の実施形態の誘導加熱装置５０と同じであるので、その詳細な説明を省略する。

尚、図７（ａ）は、ステンレス鋼板１００を加熱している誘導加熱装置７０を俯瞰した図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ´断面をステンレス鋼鈑１００の幅方向から見た図である。また、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ´断面を通板方向から見た図である。尚、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示している数値は、誘導加熱装置７０の寸法［ｍｍ］の一例を示すものである。

以上のように本実施形態では、ティース状鉄心５２を用いずにヨーク状鉄心５１だけで鉄心を構成するようにした。したがって、鉄心のない第１の実施形態の誘導加熱装置１０よりも、ステンレス鋼板１００を効率よく加熱することができ、さらに周囲に与える磁界の影響を抑制することができる。これに対し、ティース状鉄心５２も鉄心として用いた第２の実施形態の誘導加熱装置５０よりは、これらの効果が得られない。しかしながら、ティース状鉄心５２を用いないので、第２の実施形態の誘導加熱装置５０よりも、誘導加熱装置の重量及びコストを抑制することができる。
尚、本実施形態においても、前述した第１の実施形態の種々の変形例を適用することができる。また、図５に示したティース状鉄心５２ａ、５２ｄ（５２ｅ、５２ｇ）とヨーク状鉄心５１ａ（５１ｂ）とを一体で形成して、これをヨーク状鉄心としてもよい。また、コイル（上側コイル１２及び下側コイル１３）と、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）とを電気的に絶縁された状態で配置するようにしていれば、どのようにして前記コイルと前記鉄心とを電気的に絶縁してもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。前述した第２の実施形態では、鉄心として、ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２を用いる場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、ヨーク状鉄心５１を用いずにティース状鉄心５２だけで鉄心を構成する。すなわち、図８に示すように、本実施形態の誘導加熱装置８０は、図５に示した第２の実施形態の誘導加熱装置５０から、ヨーク状鉄心５１を除いたものになる。本実施形態の誘導加熱装置８０のその他の構成は、第２の実施形態の誘導加熱装置５０と同じであるので、その詳細な説明を省略する。

尚、図８（ａ）は、ステンレス鋼板１００を加熱している誘導加熱装置８０を俯瞰した図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ´断面をステンレス鋼鈑１００の幅方向から見た図である。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ´断面を通板方向から見た図である。尚、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示している数値は、誘導加熱装置８０の寸法［ｍｍ］の一例を示すものである。

以上のように本実施形態では、ヨーク状鉄心５１を用いずにティース状鉄心５２だけで鉄心を構成するようにした。したがって、鉄心のない第１の実施形態の誘導加熱装置１０よりも、ステンレス鋼板１００を効率よく加熱することができ、さらに周囲に与える磁界の影響を抑制することができる。これに対し、ヨーク状鉄心５１も鉄心として用いた第２の実施形態の誘導加熱装置５０よりは、これらの効果が得られない。しかしながら、ヨーク状鉄心５１を用いないので、第２の実施形態の誘導加熱装置５０よりも、誘導加熱装置の重量及びコストを抑制することができる。また、ヨーク状鉄心５１を用いないので、第３の実施形態の誘導加熱装置７０よりも、誘導加熱装置の高さを低くすることができる。
尚、本実施形態においても、前述した第１の実施形態の種々の変形例を適用することができる。また、最も外側にあるティース状鉄心５２ａ、５２ｄ（５２ｅ、５２ｇ）は設けなくてもよい。また、コイル（上側コイル１２及び下側コイル１３）と、鉄心（ヨーク状鉄心５１及びティース状鉄心５２）とを電気的に絶縁された状態で配置するようにしていれば、どのようにして前記コイルと前記鉄心とを電気的に絶縁してもよい。
本発明の実施形態として、上記４つの実施例を示したが、これらのどの例においても、渦電流は加熱対象の鋼板内に格子縞状に形成される。したがって、上記４つの実施例では上側コイル１２および下側コイル１３はステンレス鋼板１００の移動方向に対してつづら折り形状の直線部分が並行もしくは垂直となっているが、これに制約される必要性はなく、上側コイル１２及び下側コイル１３がステンレス鋼板１００に対して平行もしくは垂直と異なる角度を有しても同じ効果を得ることができる。このとき、上側コイル１２及び下側コイル１２は対としてステンレス鋼板１００に角度を有してもよいし、上側コイル１２の直線部分の方向２１と下側コイル１３の直線部分の方向２２とのなす角度θが４５［°］以上９０［°］以内という範囲を満たしている限りにおいて、各々独立に有してもよい。

尚、以上説明した本発明の各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、例えば、第１や第２の実施形態の装置を複数組み合わせて段階的に加熱す等、様々な形で実施することができる。

尚、上記の実施の形態及び実施例においては、比透磁率１のステンレス鋼板を例にして説明したが、本発明のトランスバース方式の誘導加熱装置のコイルは強磁性の鋼板等の金属板にも適用可能である。すなわち、強磁性の鋼板等を誘導加熱したとき、温度が上がるにつれてその飽和磁化が小さくなり、キュリー温度以上では常磁性となり、比等磁率は大幅にさがる。そのため、高温の強磁性の金属板の誘導加熱においても、比等磁率を１とした上記の説明が近似的に適用可能となる。

１０、５０、７０、８０ トランスバース方式の誘導加熱装置
１２ 上側コイル
１３ 下側コイル
５１ ヨーク状鉄心
５２ ティース状鉄心
１００ ステンレス鋼板

Claims (4)

1. 加熱対象の導体板の板面に交番磁界を略垂直に交差させて当該導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置であって、
   前記導体板の上側に配置され、互いに平行で所定の間隔Ａを有する複数の直線部分と、複数の折り返し部分とからなるつづら折形状の上側コイルと、
   当該導体板の下側に配置され、互いに平行で所定の間隔Ｂを有する複数の直線部分と、複数の折り返し部分とからなるつづら折形状の下側コイルとを有し、
   前記上側コイル及び下側コイルそれぞれのコイル面は、前記導体板の板面と所定の間隔Ｃ、Ｄを有して相互に対向しており、
   前記上側コイルの直線部分と下側コイルの直線部分とは互いに略直交する向きで、且つ、それぞれ導体板の長手方向または幅方向と平行な方向に向いており、
   前記上側コイルの直線部分の方向と、前記下側コイルの直線部分の方向とのなす角度は、４５°以上９０°以下の範囲内であることを特徴とするトランスバース方式の誘導加熱装置。
2. 前記上側コイルの隣接する直線部分の隙間に、当該上側コイルと電気的に絶縁された状態で配置された上側ティース状鉄心と、
   前記下側コイルの隣接する直線部分の隙間に、当該下側コイルと電気的に絶縁された状態で配置された下側ティース状鉄心とを有することを特徴とする請求項１に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。
3. 前記上側コイルの上面に当該上側コイルと電気的に絶縁された状態で配置された上側ヨーク状鉄心と、
   前記下側コイルの下面に当該下側コイルと電気的に絶縁された状態で配置された下側ヨーク状鉄心とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。
4. 前記上側コイル及び下側コイルのつづら折形状の部分において相互に隣接している直線部分の間隔Ａ、Ｂは、前記上側コイル及び下側コイルそれぞれのコイル面と前記導体板との間隔以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。

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