JP2011096558A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れた誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】Ｃ字形状の積層鉄心１は、上側加熱コイル３ａが巻回された上部鉄心１ａと、下側加熱コイル３ｂが巻回された下部鉄心１ｂとに分割されると共に、少なくとも分割部分である、上部鉄心１ａの凸型円弧面２０ａおよび下部鉄心１ｂの凹型円弧面２０ｂにエポキシ樹脂を静電粉体塗装した絶縁処理が施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下インダクタの間に被加熱材を走行させて誘導加熱する誘導加熱装置に関する。

一般に、鉄鋼圧延ラインなどでは帯状の被加熱材（シートバー）を予め所定の温度に加熱してから連続的に走行させて、順次圧延ミルで圧延して薄板に成形する。かかる過程では、被加熱材の端部側の温度が次第に降下して行くため、これを防止するべく、鉄鋼圧延ラインの圧延ミルの上流側に被加熱材の端部を加熱する誘導加熱装置が設置されている。

この種の誘導加熱装置としては、下記特許文献１に示すように、Ｃ字形状の積層鉄心の開口部を挟んだ上側端部に上側加熱コイルが巻回された上部鉄心と、下側端部に下側加熱コイルが巻回された下部鉄心とに分割し、これら上部鉄心と下部鉄心との間に回転軸を有するヒンジを設けてなるものが知られている。かかるＣ形インダクタによれば、ヒンジを中心として、上部鉄心と下部鉄心のいずれか一方を回動させることで、前記開口部の間隔が調整可能となっている。

特開平８−３０６４７５号公報

ところで、かかる誘導加熱装置が使用される鉄鋼圧延ラインなどは、冷却水の飛散や水蒸気が多量に発生する環境である。そのため、誘導加熱装置は、長年の使用により、積層鉄心の表面が浸食されたり、積層鉄心の表面に圧延工程で生じたスケールが付着したりし得る。更には、前記冷却水や水蒸気が積層鉄心の内部に迄浸入する。この場合、積層鉄心を構成する各磁性体に腐食が発生し、この間の絶縁が破壊される。この場合、積層鉄心を構成する各磁性体（例えば珪素鋼板）の間の絶縁が破壊されることにより、被加熱材に対する加熱効率が低下する虞がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて、耐久性に優れた誘導加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、Ｃ字形状の積層鉄心の開口部を挟んだ上側端部に上側加熱コイルを巻回すると共に、下側端部に下側加熱コイルを巻回して上下インダクタを形成し、この上下インダクタの間に被加熱材を走行させて誘導加熱する誘導加熱装置であって、
前記Ｃ字形状の積層鉄心は、前記上側加熱コイルが巻回された上部鉄心と、前記下側加熱コイルが巻回された下部鉄心とに分割されると共に、少なくとも該上部鉄心と下部鉄心の間の分割部分を絶縁処理してなることを特徴とする（第１発明）。

本発明者は、積層鉄心が上部鉄心と下部鉄心に分割されている場合には、その分割部分の浸食やスケールの堆積が、積層鉄心の耐久性、ひいては誘導加熱装置の耐久性に大きな影響を及ぼすとの知見を得た。

具体的に、上部鉄心および下部鉄心の分割部分の表面は、積層鉄心を構成する各磁性体が積層された積層端面であるため、もともと浸食され易い。また、分割部分の表面にスケールが付着するにより各磁性体間の絶縁が破壊され渦電流による自己加熱が起こり得る。さらに、分割部分は、上部鉄心の積層端面と下部鉄心の積層端面とが互いに向かい合っているため、この部分にスケールが堆積すると、スケールにより繋がった上部鉄心と下部鉄心との間で、これらの間の電位差に起因してスパークが発生し得る。このような上部または下部鉄心単体での自己加熱や、上部鉄心と下部鉄心との間のスパークは、いずれも鉄心の溶損に繋がり得る。このことから、本発明者は、積層鉄心の分割部分の耐久性が積層鉄心自体、ひいては誘導加熱装置の耐久性を左右し得るとの知見を得た。

かかる知見に基づいて、第１発明の誘導加熱装置は、少なくとも上部鉄心と下部鉄心との間の分割部分を絶縁処理することで、上部鉄心と下部鉄心のそれぞれの分割部分が浸食されることを防止すると共に、スケールが堆積した場合にも、積層鉄心を構成する各磁性体の間に渦電流が流れて自己加熱されることを防止することができる。さらに、上部鉄心と下部鉄心との間は、向かい合う積層端面を覆うようにそれぞれ絶縁処理が施されるため、これらの間にスパークが発生することも防止することができる。

このように、第１発明の誘導加熱装置によれば、積層鉄心を分割した構成においても、耐久性に優れた誘導加熱装置を提供することができる。

具体的に、第１発明の誘導加熱装置において、前記Ｃ字形状の積層鉄心は、前記絶縁処理として、前記上部鉄心および下部鉄心との間の分割部分の表面に絶縁樹脂が塗布されてなることが好ましい（第２発明）。

この第２発明によれば、絶縁処理としては、例えば、絶縁性を有するテフロンシートを貼付することや絶縁ポリマによるモールド成形等が考えられるが、テフロンシートの場合には長年の使用によりシートの剥離する場合があり、モールド成形の場合には、施工が複雑である。そこで、絶縁処理として、例えば、粉体塗装のように絶縁樹脂を塗布することで、簡易に施工することができると共に、剥離等による絶縁性の低下を抑止することができる。これにより、積層鉄心を分割した構成においても、耐久性に優れた誘導加熱装置を提供することができる。

本実施形態の誘導加熱装置の側面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。

図１および図２を参照して、本実施形態の誘導加熱装置について説明する。誘導加熱装置は、Ｃ字形状の積層鉄心１を上部鉄心１ａと下部鉄心１ｂとに分割し、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂのそれぞれの開口部２側の端部に加熱コイル３ａ，３ｂを巻回し、上下インダクタを形成し、この上下インダクタの間に被加熱材Ｘを走行させて、被加熱材Ｘを誘導加熱させる装置である。

具体的に、積層鉄心１は、それぞれＵ字形状の珪素鋼板を（紙面に垂直な向きに）積層した上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂから構成され、これらＵ字形状の上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂの端部同士を対向させた状態で、その一方の端部同士４ａ，４ｂに回転軸が設けられている。これにより、一方の端部同士４ａ，４ｂに中心に、他方の端部同士５ａ，５ｂを離接させることで、開口部３の開口幅が調整可能となっている。

より正確には、積層鉄心１は、下部鉄心１ｂが支柱６に固定されると共に、上部鉄心１ａが、その一端４ａが支柱６の回転軸７に軸着されて、該回転軸７を中心に回転自在となっている。

回転軸７の構成の詳細については、図２に示すように、上部鉄心１ａの両面に設けられた一対の鉄心押さえ板８，８を挟持するように、回転軸７，７がそれぞれ連結され、回転軸７，７の軸心がベアリング９，９を介して支柱６に軸着されている。

そして、開口部３の開口幅を調整する際には、例えば、上部鉄心１ａに連結しシリンダＹを伸縮させることにより上部鉄心１ａを図１の矢印の向きに回動させる。図1で、シリンダＹを伸ばした場合には、上部鉄心１ａが回転軸７を中心に反時計回りに回動して開口幅が小さくなり、シリンダＹを縮めた場合には、上部鉄心１ｂが回転軸７を中心に時計回りに回動して開口幅が大きくなる。

ここで、上部鉄心１ａの端部４ａは、その端部が凸型円弧面２０ａとなっており、下部鉄心１ｂの端部４ｂは、これを受けるように凹型円弧面２０ｂとなっている（凸型円弧面２０ａおよび凹型円弧面２０ｂが本発明の分割部分に相当する）。

次に加熱コイル３について説明する。上部鉄心１ａの一方の端部５ａ側には、上側加熱コイル３ａが巻回されており、下部鉄心１ｂの一方の端部５ｂ側には、下側加熱コイル３ｂが巻回されている。これら、上側および下側加熱コイル３ａ，３ｂには、それぞれ図示しないコントローラを介して所定周波数の電流および電圧が印加される。

このとき、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂは、渦電流の発生を抑制すべく珪素鋼板の薄板を互いに絶縁するように積層した構成となっているが、当該誘導加熱装置が使用される鉄鋼圧延ラインなどは、水蒸気が多量に発生したり、圧延工程で生じたスケールが飛散したりする環境でるため、積層鉄心１は、その表面が浸食されたり、表面にスケールが堆積したりし得る。

特に、上部鉄心１ａの凸型円弧面２０ａおよび下部鉄心１ｂの凹型円弧面２０ｂは、珪素鋼板の積層端面であるため、もともと浸食され易く、スケールが付着するにより各珪素鋼板間の絶縁が破壊され渦電流による自己加熱が起こり得る。

そこで、本実施形態では、上部鉄心１ａの凸型円弧面２０ａおよび下部鉄心１ｂの凹型円弧面２０ｂに、エポキシ系の絶縁樹脂を静電粉体塗装している。エポキシ系樹脂は、被塗装物に浸透しやすく、均一に塗布しやすい。

静電粉体塗装方法としては、公知の手法を用いることができる。一例を示せば、供給機から静電ガンに供給された粉体塗料（エポキシ樹脂）を、静電発生機で得られた直流高電圧で帯電させると共に、供給機から静電ガンに供給されたエアーで、上部鉄心１ａの凸型円弧面２０ａおよび下部鉄心１ｂの凹型円弧面２０ｂに塗布する。上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂはアースされており、マイナスに帯電された粉体状のエポキシ樹脂がプラスの電荷に帯電した上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂに静電引力で付着する。このとき、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂは、少なくとも凸型円弧面２０ａおよび下部鉄心１ｂの凹型円弧面２０ｂが塗布されればよく、これ以外の部分や、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂ全体が塗布されてもよい。樹脂塗布の後、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂに塗着されたエポキシ樹脂は、焼付炉で加熱溶融、硬化させて連続皮膜を形成させる。

そして、これらの塗布工程および焼付工程を２回に亘って行う（２コート・２ベーク）。なお、２回目の塗布工程では、１回目の塗布工程とは、塗布方向を変えることが望ましい。このように、静電粉体塗装を２コート・２ベークで行うことで、１コート・１ベークでは防止し切れないピンホールや亀裂等を２回目の塗布により確実に塞ぐことができ、ピンホール等の発生を防止して絶縁性を確保することができると共に、水密性も向上させることができる。

このように、本実施形態の誘導加熱装置によれば、積層鉄心１の分割部分である凸型円弧面２０ａおよび凹型円弧面２０ｂにエポキシ樹脂を静電粉体塗装することで、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂが浸食されることを防止すると共に、スケールが堆積した場合にも、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂを構成する各珪素鋼板の間に渦電流が流れて自己加熱されることを防止することができ、被加熱材に対する加熱効率が低下することを抑制することができる。

さらに、上部鉄心１ａおよび下部鉄心１ｂとの間は、対向する珪素鋼板の積層端面がそれぞれ静電粉体塗装されるため、これらの間にスパークが発生することも防止することができる。

これにより、積層鉄心１を分割した構成においても、積層鉄心１自体の耐久性を向上させ、ひいては耐久性に優れた誘導加熱装置を提供することができる。

次に、本実施形態の誘導加熱装置の変更例について説明する。

上記実施形態では、絶縁樹脂にエポキシ樹脂を用いたがこれに限定されるものではなく、シリコン系をはじめとする種々の絶縁樹脂を用いてもよい。

また、上記実施形態では、絶縁処理として、絶縁樹脂が塗布する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、絶縁性を有するテフロンシートを貼付することや絶縁ポリマによるモールド成形等による絶縁処理を、少なくとも上部鉄心１ａの凸型円弧面２０ａおよび下部鉄心１ｂの凹型円弧面２０ｂに施してもよい。

また、本実施形態では、上部鉄心１ａが下部鉄心１ｂに対して回動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、上部鉄心１ａが下部鉄心１ｂに対して摺動するものであってもよい。この場合、絶縁処理が施される部位としては、上部鉄心１ａと下部鉄心１ｂの分割部分、すなわち、これらの端部（端面）を絶縁処理すればよい。さらに、必要に応じて、上部鉄心１ａと支柱６との間や、下部鉄心１ｂと支柱６との間を絶縁することが好ましい。

１…積層鉄心、１ａ…上部鉄心、１ｂ…下部鉄心、２…開口部、３ａ…上側加熱コイル、３ｂ…下側加熱コイル、６…支柱、７…回転軸、２０ａ…凸型円弧面（分割部分、絶縁処理部）、２０ｂ…凹型円弧面（分割部分、絶縁処理部）。

Claims (2)

1. Ｃ字形状の積層鉄心の開口部を挟んだ上側端部に上側加熱コイルを巻回すると共に、下側端部に下側加熱コイルを巻回して上下インダクタを形成し、この上下インダクタの間に被加熱材を走行させて誘導加熱する誘導加熱装置であって、
   前記Ｃ字形状の積層鉄心は、前記上側加熱コイルが巻回された上部鉄心と、前記下側加熱コイルが巻回された下部鉄心とに分割されると共に、少なくとも該上部鉄心と下部鉄心の間の分割部分を絶縁処理してなることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 請求項１記載の誘導加熱装置において、
   前記Ｃ字形状の積層鉄心は、前記絶縁処理として、前記上部鉄心および下部鉄心との間の分割部分の表面に絶縁樹脂が塗布されてなることを特徴とする誘導加熱装置。

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