JP2011108513A - 磁気加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の材質の環状の金属部品を磁気加熱にて常に一定の温度に加熱する磁気加熱装置を提供する。
【解決手段】積層された電磁鋼板で構成された主鉄心1,2,3、主鉄心と周回状の磁気回路
を構成するように、主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心4、主鉄心に周回状に取り付けられた
磁束発生コイル5,6、貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物７、磁束発生
コイルに交流を印加する電源装置8、磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検
出器10、電源装置が発生する電圧および周波数を設定すると共に、予め入力された被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と電流検出器で検出された電流とを比較することにより、被加熱物の温度を判断し被加熱物が所定温度に達したと想定される時に電源装置を停止させる制御装置9を備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属部品の加熱に使用される磁気加熱装置に関するものである。

従来の金属部品用磁気加熱装置は、金属の磁気的な発熱作用を利用したものがいくつか提案されている。例えば磁気的なループを形成した鉄心の周囲に環状の被加熱物を配置して、被加熱物に誘導された起電力によって被加熱物を加熱するものであった。（例えば特許文献１または２参照）。

特開２００３−７３７２９号公報 特開２００６−２５２７９９号公報

金属部品の熱処理工程で加熱される被加熱物である環状のギア材料やベアリング材料などの機械部品の温度計測は、被加熱物が生産工程において連続処理されるため、被加熱物への接触または埋め込みが必要な熱電対などの測定器は使用できず、非接触式の放射温度計が使用されている。この放射温度計では被加熱物の表面の温度が計測されるが、被加熱物の表面温度は輻射や対流の影響で内部の温度より低くなり、また表面においても場所によって異なるため、放射温度計の計測により所定温度に達したと判断されても、加熱の終了時に被加熱物全体の温度が所定値に昇温していないことがあるという問題点があった。また、被加熱物表面の実際の放射率に合わせて放射温度計の放射率が設定される必要があるが、被加熱物の放射率は温度、材質、酸化状態、および光沢状態などによって変化するため、一定ではない。しかも、被加熱物の温度および表面状態に応じて放射率を常時把握することは困難であるため、加熱昇温中は放射温度計の放射率は一定の値に設定されており、温度の計測には誤差があるという問題点があった。

また、通常の生産工程では同一種類の被加熱物が連続して処理されるため、加熱目標温度に到達していることの判断を被加熱物の温度計測に依存しないで、あらかじめ設定された加熱条件にて行う場合がある。この場合は、ある被加熱物の種類が所定の加熱目標温度にまで決められた時間で昇温する条件、すなわち装置の電圧、周波数などを試験にて決定して装置に登録しておく。
しかし、被加熱物の加熱を開始するときの初期温度は一定ではなく、季節の差異や雰囲気温度によって変わる。さらに、前工程において被加熱物が予熱されている場合も多く、この場合にも初期温度は変わる。一方、装置にて設定される電圧や周波数と加熱時間などの加熱条件はあらかじめ決められた一定値のため、初期温度の違いによって到達温度が変わり、加熱目標温度と差異が出るという問題点もあった。

また、被加熱物は所定の温度に昇温された後に、熱処理効果を高めるために一定の期間、到達した温度にて保持される場合がある。この保持温度は一定である必要がある。この温度の保持に必要な電力は、被加熱物からの放熱を補って被加熱物に供給することのみに使用されるので、加熱昇温の電力に比べてきわめて小さくなる。さらに、被加熱物の周囲の雰囲気温度や空気の流れ、被加熱物を支えている受け台の温度によって被加熱物の放熱量は影響されるため、温度を保持する加熱条件をあらかじめ正確に決定することは困難である。そのため、温度保持期間中は時間の経過とともに被加熱物の温度が上下に変動する、または上下いずれか一方に増減する傾向にあり、これを一定に保持することは困難であった。また、放射温度計により計測された温度を制御装置にフィードバックして加熱条件の電圧を随時調整する制御方法もあるが、温度保持の時間経過とともに被加熱物の表面状態は酸化、変色などにより変化して放射率も変化し、温度計の計測値も誤差が大きくなるため、正確なフィードバック制御ができず温度保持が困難になるという問題点もあった。

この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、外部の温度計に頼ることなく、間接的に被加熱物の温度を検出して被加熱物の全体の平均的な温度を把握し、被加熱物が所定温度に達したことを判断して装置の加熱期間の終了時期を決定するとともに、被加熱物の初期温度の違いによる装置の加熱条件を補正することができ、また被加熱物の加熱昇温後も温度保持が可能な磁気加熱装置を提供することを目的とする。

この発明に係る磁気加熱装置は、金属製の被加熱物を電磁誘導によって発生する電流による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた磁束発生コイル、上記貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物、上記磁束発生コイルに交流を印加する電源装置、上記磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検出器、上記電源装置が発生する電圧および周波数を設定するとともに、あらかじめ入力された上記被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と、上記電流検出器で検出された電流とを比較することにより、上記被加熱物の温度を判断し上記被加熱物が上記所定温度に達したと想定される時に上記電源装置を停止させる制御装置を備えたものである。

また、この発明に係る磁気加熱装置は、金属製の被加熱物を電磁誘導によって発生する電流による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた磁束発生コイル、上記貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物、上記磁束発生コイルに交流を印加する電源装置、上記磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検出器、上記電源装置が発生する電圧および周波数を設定するとともに、あらかじめ入力された上記被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と、上記電源装置の起動時における電流とを比較することにより、上記起動時における上記被加熱物の温度を判断して上記電源装置に設定する電圧を補正する制御装置を備えたものである。

さらに、この発明に係る磁気加熱装置は、金属製の被加熱物を電磁誘導によって発生する電流による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた磁束発生コイル、上記貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物、上記磁束発生コイルに交流を印加する電源装置、上記磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検出器、上記電源装置が発生する電圧および周波数を設定するとともに、あらかじめ入力された上記被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と、上記被加熱物が所定温度に到達した後における上記電流とを比較することにより、上記被加熱物の温度を判断して上記電源装置に設定する電圧を補正し、上記所定温度に到達した後の被加熱物の温度を一定に保持する制御装置を備えたものである。

この発明に係る磁気加熱装置は上記のように構成されているため、外部の温度計に頼ることなく、間接的に被加熱物の温度を検出して被加熱物の全体の平均的な温度を把握し、被加熱物が所定温度に達したことを判断して装置の加熱期間の終了時期を決定するとともに、被加熱物の初期温度の違いによる装置の加熱条件を補正することができ、また被加熱物の加熱昇温後も温度保持が可能になる。

この発明の実施の形態１、２，３による磁気加熱装置の構成を示す概略図である。 図１における被加熱物に誘導される２次電流と貫通鉄心との関係を示す説明図である。 炭素鋼の温度と抵抗率との関係を示す図である。 磁束発生コイルに流れる電流と被加熱物の温度との関係を示す図である。 磁束発生コイルに流れる電流と被加熱物の温度との関係を示す実測データである。 実施の形態１における制御動作の流れを示す説明図である。 実施の形態２における制御動作の流れを示す説明図である。 実施の形態３における制御動作の流れを示す説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による磁気加熱装置の構成を示す概略図、図２は被加熱物に発生する２次電流と貫通鉄心との関係を示す説明図、図３は炭素鋼の温度と抵抗率との関係を示す図、図４は被加熱物の温度と磁束発生コイルの電流との関係を示す図、図５は被加熱物の温度と磁束発生コイルの電流との関係を示す実測データを示す図、図６は実施の形態１における制御動作の流れを示す説明図である。

実施の形態１の磁気加熱装置は図１に示すように、Ｌ字状に形成され、下端部に貫通鉄心４を装着した上部鉄心１と、同様にＬ字状に形成され、上端部が貫通鉄心４の下端に当接する形で対向配置された下部鉄心２と、上記両鉄心と磁気的に結合するように配置された後部鉄心３とから構成された鉄心構造を有する。

上部鉄心１、下部鉄心２および後部鉄心３（以上、合わせて主鉄心と呼ぶ）はそれぞれ積層された電磁鋼板で作られ、製作上の容易さの点からその断面形状は正方形または長方形とされて同じ断面積を有している。上部鉄心１と下部鉄心２の間には貫通鉄心４が上部鉄心１側に装着された状態で配置され、貫通鉄心４を囲むように環状の被加熱物７が置かれている。貫通鉄心４は、被加熱物７の内径に合わせて円筒形状、または四角柱ないしは六角柱のような多角柱形状となるように積層された電磁鋼板で形成され、上部鉄心１および下部鉄心２と同一かそれより小さい断面積を有している。図２では、被加熱物７の内側の形状に合わせて円筒形とした貫通鉄心４を示している。
また、貫通鉄心４は、上記主鉄心と共に磁気回路を構成している。

上部鉄心１には磁束発生コイル５が巻装され、下部鉄心２にも磁束発生コイル６が巻装され、両磁束発生コイル５および６は接続されてインバータ（図示せず）内蔵の電源装置8に接続され、所定の電圧および周波数の交流が印加されて主鉄心に磁束を発生すると共
に、これらの磁束が貫通鉄心４を貫通するようにされている。また、磁束発生コイル５及び６に流れる電流を検出する電流検出器１０と上記電源装置８が発生する電圧及び周波数を設定すると共に、あらかじめ入力された被加熱物の温度と電流の関係を示す特性と上記
電流検出器１０によって検出された電流とを比較し、被加熱物の温度を判断する制御装置９が設けられている。

磁気加熱装置の加熱の開始と終了時には被加熱物７を図１に示す位置へ搬入、搬出するために、上部鉄心１と貫通鉄心４とを一体的に昇降させる目的で昇降機構１２が取り付けられている。
この昇降機構１２には例えば周知のシリンダ機器が使用される。一方、被加熱物７は図示しない搬送機構によって、固定されている下部鉄心２の上端部に受け台１４を介して載置される。

受け台１４は磁束の影響を受けないように、また熱的影響を受けないように耐熱性の絶縁物で作られている。また、上部鉄心１を昇降させるときに後部鉄心３との干渉を防ぐために、後部鉄心３は上部鉄心１から離れる必要があることから、後部鉄心３には水平方向移動用の機構１３が付属されている。この水平移動用の機構１３にもシリンダ機器が使用されている。

被加熱物７は、貫通鉄心４との関係が図２に示されているようになされており、貫通鉄心４を貫通する磁束Φtによって被加熱物７に誘導される２次電流Iwによるジュール損失
による発熱で昇温する。この２次電流Iwの大きさは貫通鉄心４を貫通する磁束Φtの量に
比例する。

次に、実施の形態１の磁気加熱装置の加熱動作について説明する。被加熱物７は種類によって、その形状が異なり、また、熱処理の目的によって所定の加熱目標温度は200℃程
度から1,000℃程度の範囲で異なるので、図１に示す制御装置９にはあらかじめ被加熱物
７の種類（ここではA、B、Cで例示する）が入力されている。生産工程にて所定の被加熱
物を連続処理する前に被加熱物の種類ごとに加熱試験が実施され、所定の加熱目標温度に加熱されるまでの加熱条件が設定される。上記の加熱条件とは、電源装置８から磁束発生コイル５および６に供給される交流の周波数および電圧、並びに被加熱物の加熱時間である。周波数は被加熱物の形状に応じて一般に50Hz程度から400Hz程度の間で選択され、加
熱時間は生産工程で必要なサイクルタイムから決定される。
また、被加熱物を上記の加熱時間にて所定の加熱目標温度に昇温させるため、磁束発生コイル５および６に与える電力は電圧で決まるため、試験にて適正な電圧の値が決定される。

上記のように設定された３つの加熱条件は、被加熱物の種類ごとに制御装置９内に登録される。すなわち、被加熱物の種類Ａについて、加熱目標温度θAに対する加熱条件とし
て周波数ＦＡ、電圧ＶA、加熱時間ｔＡが設定される。同様に他の被加熱物Ｂ、Ｃに対し
ても加熱条件が設定されて制御装置9に登録される。ここで、ＢあるいはＣがＡと同一形
状の被加熱物であっても、加熱目標温度または加熱時間が異なる場合には、別の種類、たとえばＢとして試験が実施され、その被加熱物の種類Ｂに応じた加熱条件が設定されて制御装置９に登録される。

次に、制御装置９の温度判断機能について説明する。磁気加熱装置の磁気回路には以下の式で表される電磁誘導の法則により、磁束発生コイル５および６に印加された電圧Vcによって主鉄心を貫通する磁束Φ_ｃ（主磁束）が発生し、以下の関係式で示される。

Vc＝ｋ1・ｆ・Nc・Φc ・・・ (1)
ここで、ｋ1：定数
ｆ：電源装置８の発生する交流電源の周波数
Nc：磁束発生コイル５および６の総巻数 である。

次に、主磁束Φcによって被加熱物７に２次電圧Vwが誘導され、以下の関係式で示され
る。

Vw=k1・Φt・ｆ ・・・ (2)
ここで、Vw：被加熱物７に誘導される２次電圧
Φt：貫通鉄心４を貫通する磁束 （主磁束Φcとほぼ等しい） である。

次に被加熱物７に誘導される２次電流Iwは、上記の２次電圧Vwを被加熱物の抵抗Rwで割り返したものであり、以下の関係式で示される。

Vw=Iw・Rw ・・・ (3)
式(2)および(3)より以下の関係式が導かれる。
Iw=k1・Φt・ｆ／Rw ・・・ (4)
また、主鉄心、貫通鉄心４および被加熱物７で構成される磁気回路は以下の式で表される。
Nc×Ic（起磁力）＝Rc×Φc＋Iw ・・・ (5)
ここで、Ic：磁束発生コイル５および６に流れる電流
Rc：主鉄心および貫通鉄心４の磁気抵抗の合計 である。

（５）式において、磁気抵抗Rcは被加熱物の温度にかかわらず一定である。また、磁束発生コイル５および６の印加電圧Vc（電源装置８の発生する電圧）が一定である場合は、(1)式に示すように主磁束Φcは一定である。一方、被加熱物７の材質は金属であるから、その抵抗率は被加熱物７の温度の増大とともに大きくなり、例えば熱処理工程でよく使用される炭素鋼の場合には図３に示すような関係になる。従って、被加熱物７の昇温とともに被加熱物７の抵抗Rwが増大する。そのため、磁束発生コイル５および６の印加電圧Vcが一定である場合、すなわち主磁束Φc（貫通鉄心の磁束Φtとほぼ等しい）が変わらない場合には、被加熱物７の温度の増大とともに抵抗Rwが増大し、(4)式に示すように被加熱物
７の電流Iwが減少する。次に、主鉄心および貫通鉄心４の磁気抵抗は一定であるから、上記の磁気抵抗の合計Rcは一定であり、主磁束Φcは変化しないから、被加熱物７の電流Iw
が減少すると、(5)式に示すように磁束発生コイル５および６に流れる電流Icは減少する
。すなわち、被加熱物７の温度上昇とともに磁束発生コイル５および６に流れる電流Icは図４に示すような関係があるので、磁束発生コイル５および６に流れる電流Icを計測することにより、被加熱物の温度を判定することができる。また、２次電流Iwが流れる箇所は被加熱物７の内部であり、被加熱物７の表面における輻射や対流による温度低下の影響を受けず、被加熱物７の全体の平均的な温度を示しているとみなしてよい。

実際の判定動作の前、すなわち磁気加熱装置における被加熱物７のある種類の連続処理の前には以下のような操作が行われる。まず、被加熱物７を磁気加熱装置で試験的に加熱して、被加熱物７のたとえば種類Ａに対する加熱条件が決定した後に、そのときの電源装置８が発生する電圧VAについて、被加熱物７の温度と磁束発生コイル５および６に流れる電流Icの関係が計測されて、これを被加熱物７の種類Aについての温度−電流関係式TIAとして、制御装置９に登録する。
図５は、外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍ、高さ３０ｍｍの被加熱物に対して磁束発生コイルに周波数９０Ｈｚ、電圧３２０Ｖを印加した状態において、温度と電流Icの関係を実測したデータである。この電流Icと温度の関係は、被加熱物の種類ごと、たとえばA、B、C
ごとに計測されて制御装置９内に登録される。なお、この温度の計測は正確性を要するため、接触温度計または熱電対が使用される。

磁気加熱装置が起動する時点では、周囲温度の差異、例えば季節の違いにより、被加熱物７の初期温度は異なる。例えば、夏季には被加熱物７の初期温度は30℃程度になるが、冬季には10℃程度になり、その差は20℃となるが、同一の加熱条件で加熱すると、加熱の終了時点において到達する加熱温度は約20℃の差がでる。また、磁気加熱装置の前工程において被加熱物７が加工機、洗浄機などで数10度に予熱されている場合もあり、被加熱物７の初期温度は室温であるとは限らず、またこの初期温度は一定ではない。

ここで被加熱物７の種類Ａについて連続して処理するために磁気加熱装置を起動させると、被加熱物７の種類Ａに対する加熱条件である電圧VAと周波数FAが制御装置９から電源装置８に指示され、電源装置８が起動する。被加熱物７に２次電流が誘導されて被加熱物７は昇温していく。ここで、温度判断機能を動作させることにより、電流検出器１０によって検出される電流Icが所定の加熱温度θAに達したと想定あるいは判定される値（図４のIcA）より低下した時点において電源装置８は停止され、加熱が終了する。

この制御の流れを図６に示す。すなわち、ステップ６Ａで制御装置９に被加熱物に対する加熱条件である電圧、周波数、加熱時間、加熱目標温度及び加熱目標温度に相当する磁束発生コイルの電流と被加熱物の温度との関係をあらかじめ登録し、ステップ６Ｂで過熱を開始する。ステップ６Ｃで登録されている加熱目標温度に相当するコイル電流と、実測電流とを比較する。実測電流が登録されている電流値以下の場合には、所定の加熱温度に達したと判断して加熱を終了し、実測電流が登録されている電流値以上の場合には、ステップ６Ｃを繰り返すことになる。

ここでは被加熱物７の加熱条件の残り１つである加熱時間tAは使用されていないが、加熱時間ｔAに到達した後に一定の時間が経過しても温度判断機能による加熱終了の指令が
出ない場合に強制的に加熱を終了させるような副次的な機能として使用することができる。実際の生産工程においては、被加熱物７は同一の種類Ａが上述の動作で連続して加熱処理される。

実施の形態１は上記のように構成されているため、温度計測器によることなく被加熱物７の温度を判断して、また被加熱物７を過度に昇温させることなく、所定の加熱目標温度まで昇温させることができる。また、被加熱物の初期温度が変わっても常に所定の加熱目標温度まで一定に昇温させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。磁気加熱装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、図１を援用して図示及び説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、被加熱物７に対して登録された加熱時間に合わせて加熱昇温を終了させる機能を付加した点である。図７は、実施の形態２における制御動作の流れを示す説明図である。

磁気加熱装置の起動に際し、ステップ７Ａで制御装置９に被加熱物に対する加熱条件である電圧、周波数、加熱時間、加熱目標温度、基準初期温度及び加熱目標温度に対する磁束発生コイルの電流と被加熱物の温度との関係をあらかじめ登録し、ステップ７Ｂで加熱を開始する。

先ず、ステップ７Ｃで初期温度判断機能を動作させる。この初期温度判断機能においては、電源装置８を起動した直後に磁束発生コイル５および６に流れる電流Icを電流検出器１０によって検出して、被加熱物７の温度を判断する。この温度判断に使用される上記電流Icと温度の関係は実施の形態１で登録されたものと同一であり、被加熱物７の種類ＡではTIAとしている。上記の判断された温度を被加熱物７の初期温度θ0として、加熱目標温
度θAとの差から昇温値を求め、被加熱物７の初期温度の違いによって電源装置8に指令する電圧を補正するために必要な電圧VArをステップ７Ｄで計算する。この電圧VArの計算は以下の式で行われる。

ここで、θA0は、実施の形態１において、被加熱物７の種類Aの連続処理前に試験にて
加熱条件を設定したときの基準初期温度であって、被加熱物７の種類Aを加熱目標温度θAに昇温させるための加熱時間ｔAおよび電圧VAとともに制御装置９に登録されているもの
である。

式（６）の計算後に、制御装置９は電圧VA に代えて上記の電圧VAｒを電源装置８に指
令する。これは、登録されている加熱時間tAにて被加熱物７が加熱目標温度θAに昇温す
るように電圧VAをVAｒに補正するものである。すなわち、被加熱物７の実際の初期温度が基準初期温度θA0より低い場合は電圧を高くし、初期温度が基準初期温度θA0より高い場合は電圧を低くする。よって、被加熱物７は所定の加熱時間tAでもって所定の加熱温度θAに昇温する。この制御においては、初期温度判断機能が動作している起動直後の時間（１-２秒程度）は電圧VAが電源装置８に指令されているが、一般的な加熱時間tAの30〜100秒程度に比べてきわめて短時間であるので、被加熱物７の昇温程度、すなわち加熱温度にはほとんど影響しない。この実施の形態２においては、温度判断機能を使用しなくてもよいが、これを併用することによっても、被加熱物の温度が所定値θAに到達したことを確実に判断することができる。すなわち、ステップ７Ｅで初期温度判断機能を使用した場合には、電圧の補正によって、電圧に比例して磁束発生コイル５および６に流れる電流Icは変わる。よって、温度判断機能を併用する場合には、所定の加熱目標温度θAに達したことを判断するための磁束発生コイル５および６に流れる電流Icの判断値IcAに代えてIcA×(VAr／VA)を使用し、電流IcがIcA×(VAr／VA)以下となった場合は加熱目標温度に到達したと判断して加熱を終了し、電流IcがIcA×(VAr／VA)以上の場合にはステップ７Ｇで所定時間加熱を行い、ステップ７Ａで登録されている時間tA以上となった時、加熱を終了するようにしている。

実施の形態２は上記のように構成され、被加熱物７の初期温度を検出して電圧を補正するようにしているため、所定の加熱時間で所定の加熱目標温度まで昇温させることができる。また、被加熱物の初期温度が変わっても常に所定の加熱目標温度に一定に昇温させることができる。上記の加熱時間が所定値で処理されるため、被加熱物を処理するサイクルタイムが一定であることが要求される生産ラインにおいても、サイクルタイムを変えることなく連続して処理することができ、磁気加熱装置の後工程への被加熱物の供給を常に過不足なく行うことができる。なお、温度判断機能を併用する場合には、加熱時間tAより短い時間で加熱昇温が終了する場合もあるが、この場合は磁気加熱装置の後工程に合わせて被加熱物７の搬送を遅らせることで対処できる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。磁気加熱装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、図１を援用して図示及び説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、被加熱物の加熱昇温後に被加熱物の温度を保持する機能を付けた点である。図８は、実施の形態３における制御動作の流れを示す説明図である。

この実施の形態３における温度保持機能は、たとえば被加熱物７の種類Aに対して事前
の試験にて、加熱目標温度θAに達した後の温度保持に必要な電圧VhAの概略値を設定して
おく。
また、上記の電圧VhAに対して磁束発生コイル５および６に流れる電流Ic（温度保持電流IchAとする）も試験にて測定しておく。上記の温度保持電圧VhAおよび温度保持電流IchAは被加熱物７の種類Aに対応してステップ８Ａで制御装置９にあらかじめ登録しておく。ここで、実施の形態１および２で説明したように、上述の電流Icと被加熱物７の温度の関係により、被加熱物７の温度が高くなると電流Icは小さくなる傾向にある。

ステップ８Ｂで加熱を開始し、ステップ８Ｃにおいて図６のステップ６Ｃで説明したように、温度判断機能が作用し、電流が加熱目標温度に相当する電流以下になると加熱目標温度に到達したと判断して加熱昇温を終了する。被加熱物７が加熱目標温度に達した後に、温度保持期間に入り、ステップ８Ｄで上記の電圧VhAを電源装置８に指令するが、上述したように被加熱物７の温度は、周囲の雰囲気温度や空気の流れの影響により変動する。よって、温度保持期間に電流検出器１０によって検出された電流Icにより以下の動作を行う。

検出される電流Icが上記の温度保持電流IchAより大きい場合には、被加熱物７の温度が加熱目標温度θAより低くなっていると判断し、ステップ８Ｆで電源装置８に指令する電
圧を上記の温度保持電圧VhAより増大させる。よって、被加熱物７の温度を上昇させる方
向に動作する検出される電流Icが上記の温度保持電流IchAより小さい場合には、被加熱物７の温度が加熱目標温度θAより高くなっていると判断し、ステップ８Ｈで電源装置８に指令する電圧を上記の温度保持電圧VhAより減少させる。よって、被加熱物７の温度を下降させる方向に動作する。
検出される電流Icが上記の温度保持電流IchAと等しい場合には、被加熱物７の温度は変動していないと判断し、ステップ８Ｇで電源装置８に指令する電圧は上記の温度保持電圧VhAを現状値に維持する。

上記の動作により、被加熱物７の実際の温度変動に応じて電源装置８に指令する電圧を増減させて、温度を加熱目標温度に収束させる方向に動作するので、被加熱物７の温度を一定に維持することができる。なお、温度の急激な変動を防ぐため、上記の電圧の増大、減少の幅は±10%程度が適当である。その後、ステップ８Ｊで温度保持時間を計測し、所
定の保持時間が終了した時点で温度保持を終了する。

実施の形態３は上記のように構成されているため、被加熱物７が加熱目標温度に達した後に、周囲の雰囲気温度や空気の対流の影響による放熱量の増減にかかわらず、被加熱物７の温度をほぼ一定値で保持させることができる。よって、熱処理工程において被加熱物７の熱処理効果を高めるために、加熱目標温度すなわち熱処理温度に達した後に一定期間の温度保持を行うことができる。また、磁気加熱装置の後工程がトラブルなどで停止している場合には磁気加熱装置にて被加熱物７を温度保持させて、後工程の復旧を待つことができる。

以上の説明では、磁気加熱装置を熱処理手段として使用する例を示したが、溶接工程または圧入工程の予熱手段として所定の温度に被加熱物を昇温させて使用する場合にも、上述した各実施の形態と同様な効果を期待することができる。

また、以上の説明では、被加熱物の材質が炭素鋼である例を示したが、炭素鋼以外のステンレス鋼、銅、アルミニウムなどの他の金属であっても、温度の増大とともに抵抗率は増大していく特性があるので、上述した各実施の形態と同様の構成とすることにより同様な効果を期待することができる。

１ 上部鉄心、 ２ 下部鉄心、 ３ 後部鉄心、 ４ 貫通鉄心、 ５、６ 磁束発生コイル、 ７ 被加熱物、 ８ 電源装置、 ９ 制御装置、 １０ 電流検出器、 １２ 昇降機構、 １３ 水平移動用の機構、 １４ 受け台。

Claims (6)

1. 金属製の被加熱物を電磁誘導によって発生する電流による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた磁束発生コイル、上記貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物、上記磁束発生コイルに交流を印加する電源装置、上記磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検出器、上記電源装置が発生する電圧および周波数を設定するとともに、あらかじめ入力された上記被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と、上記電流検出器で検出された電流とを比較することにより、上記被加熱物の温度を判断し上記被加熱物が上記所定温度に達したと想定される時に上記電源装置を停止させる制御装置を備えたことを特徴とする磁気加熱装置。
2. 金属製の被加熱物を電磁誘導によって発生する電流による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた磁束発生コイル、上記貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物、上記磁束発生コイルに交流を印加する電源装置、上記磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検出器、上記電源装置が発生する電圧および周波数を設定するとともに、あらかじめ入力された上記被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と、上記電源装置の起動時における電流とを比較することにより、上記起動時における上記被加熱物の温度を判断して上記電源装置に設定する電圧を補正する制御装置を備えたことを特徴とする磁気加熱装置。
3. 金属製の被加熱物を電磁誘導によって発生する電流による発熱作用にて所定温度まで加熱する磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で構成された主鉄心、上記主鉄心と周回状の磁気回路を構成するように、上記主鉄心の一部に設けられ、積層された電磁鋼板で構成されると共に、上記主鉄心の断面積を越えない断面積を有する貫通鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた磁束発生コイル、上記貫通鉄心が貫通するように配置された環状の被加熱物、上記磁束発生コイルに交流を印加する電源装置、上記磁束発生コイルに供給される電流を検出する電流検出器、上記電源装置が発生する電圧および周波数を設定するとともに、あらかじめ入力された上記被加熱物の温度と上記電流の関係を示す特性と、上記被加熱物が所定温度に到達した後における上記電流とを比較することにより、上記被加熱物の温度の変動の有無を判断して上記電源装置に設定する電圧を補正し、上記所定温度に到達した後の被加熱物の温度を一定に保持する制御装置を備えたことを特徴とする磁気加熱装置。
4. 被加熱物の温度と電流の関係を示す特性は、上記電源装置の起動時における上記被加熱物の初期温度から上記所定温度までの、温度と上記被加熱物の抵抗の関係であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の磁気加熱装置。
5. 上記制御装置は、起動時の温度が基準となる初期温度より小さい場合には上記電源装置に設定する電圧を増大させ、起動時の温度が初期温度より大きい場合には上記電圧を減少させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の磁気加熱装置。
6. 上記制御装置は、所定温度に到達した後の被加熱物の温度が上記所定温度より大きい場合には上記電源装置に設定する電圧を減少させ、上記所定温度より小さい場合には上記電圧を増大させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の磁気加熱装置。

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