JP2014017214A - 誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲な板幅の金属板をその全幅に亘って均一に効率よく誘導加熱することができる誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様である誘導加熱装置１０は、金属板の搬送経路を挟んでコイル軸方向に対向する複数対のコイルと、これら複数対のコイルを巻回された複数対のコア主部を有する一対のコアとを備える。複数対のコイルは、金属板をその板厚方向に貫通する交番磁界を発生する。複数対のコイル主部は、金属板の板幅方向に隣り合う。一対のコアは、板幅方向に延伸するコア材を介して複数対のコア主部同士の連続を維持しつつ、金属板の板幅に対応して、複数対のコイルの板幅方向のコイル間隔を増減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板に磁界を印加して金属板を誘導加熱する誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置に関するものである。

従来から、熱間圧延ライン等の鉄鋼ラインにおける鋼板の加熱手法として、トランスバース方式の誘導加熱法が用いられている。一般に、トランスバース方式の誘導加熱法では、鋼板の搬送経路を挟んで対向する一対のコイルに電流を供給し、これによって、鋼板をその厚さ方向（以下、板厚方向という）に貫通する交番磁界を発生させ、この交番磁界を鋼板に印加する。この結果、鋼板に渦電流が誘導され、この渦電流に由来するジュール熱によって、鋼板が加熱される。

このようなトランスバース方式の誘導加熱法に関する従来技術として、例えば、鋼板の幅方向（以下、板幅方向という）に複数対のコイルを配置し、これら複数対のコイルに電流を流して、各鋼板端部に板厚方向の交番磁界を印加し、これによって、各鋼板端部に誘導した渦電流のジュール熱を用いて鋼板を加熱するものがある（特許文献１参照）。また、板幅方向に配置した複数対のコイルを電源に対して直列に配線したものもある（特許文献２参照）。さらに、この特許文献２には、コイルを巻回するコアに突起部を設け、板幅方向に隣り合う各コアの突起部同士を対向させることによって、これら各コアの鋼板側の間隔を所定の寸法以下にするコア構造が記載されている。なお、これら２つの特許文献１，２に記載の従来技術において、トランスバース方式の誘導加熱法は、熱間圧延における鋼板同士の接合技術に用いられている。

特開平７−１６４０１１号公報 特開平１０−２３０３０４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、所定寸法の鋼板の幅に合わせて、板幅方向に沿った複数対のコイルの配置および各コイルの直径を調整した後、この所定寸法を超える幅広の鋼板をその全幅に亘って均一に誘導加熱することは困難であるという問題点がある。具体的には、このコイル調整後に幅広の鋼板に合わせて、これら複数対のコイルの配置を調整し直したとしても、板幅方向のコイル間隔が過度に広がってしまい、これに起因して、板幅方向の鋼板中央部分における交番磁界の磁束密度が低下する。この結果、鋼板中央部分の誘導加熱が不十分となることから、上述した問題点は解消されない。

なお、板幅方向に沿って配置された複数対のコイルに含まれる複数のコイルは、上述した特許文献２に例示されるように、電源に対して直列に配線される。これは、各対のコイルと鋼板との板幅方向の相対ずれに関わらず、各対のコイルによる鋼板の誘導加熱の単位発熱量を等しくするためである。このような電源には、鋼板の誘導加熱時に、これら複数（例えば４つ）のコイルの電圧がかかる。この電源における電圧負荷の観点から、コイルの大きさ（直径等）は制限される。すなわち、上述した幅広の鋼板に合わせて各コイルの直径を増大させる手法では、上述した問題点を解消することが困難である。

一方、上述したように所定寸法の鋼板の幅に合わせて複数対のコイルを調整した後、この所定寸法未満の幅の鋼板（狭幅の鋼板）を誘導加熱した場合、各対のコイルによって発生する交番磁界の磁束の一部は、この狭幅の鋼板の誘導加熱に寄与しない。このため、誘導加熱の消費電力に無駄が生じてしまい、これに起因して、鋼板の誘導加熱効率が悪化するという問題点がある。

なお、鉄鋼分野においては、近年、需要者の要求に合わせて多様化する板幅に応じて、鋼板等の金属板をその全幅に亘って均一に効率よく誘導加熱可能な技術の要望が高まっている。さらには、このような金属板の誘導加熱技術を利用して、金属板同士を確実に接合可能な技術の要望が高まっている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、広範囲な板幅の金属板をその全幅に亘って均一に効率よく誘導加熱することができる誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる誘導加熱装置は、搬送経路に沿って搬送される複数の金属板を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記搬送経路を挟んでコイル軸方向に対向し、前記金属板の板厚方向に前記金属板を貫通する交番磁界を発生する複数対のコイルと、前記複数対のコイルを巻回され、前記金属板の板幅方向に隣り合う複数対のコア主部を有し、前記板幅方向に延伸するコア材を介して前記複数対のコア主部同士の連続を維持しつつ、前記金属板の板幅に対応して、前記複数対のコイルの前記板幅方向のコイル間隔を増減させる一対のコアと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる誘導加熱装置は、上記の発明において、前記コア材は、前記複数対のコア主部のうちの互いに対向する一方のコア主部から他方のコア主部に向かって突起する突起部であり、前記複数対のコア主部の各コア主部に形成された前記突起部の各々は、前記各コア主部の対向方向の隙間において重なり合うことを特徴とする。

また、本発明にかかる誘導加熱装置は、上記の発明において、前記突起部の各々は、前記板幅方向に対して垂直な方向に重なり合うことを特徴とする。

また、本発明にかかる誘導加熱装置は、上記の発明において、前記突起部は、前記板幅方向に対して垂直な方向に沿って前記各コア主部に複数形成されることを特徴とする。

また、本発明にかかる誘導加熱装置は、上記の発明において、前記板幅方向に沿って互いに反対方向に前記一対のコアの各コアを移送する移送部と、前記金属板の板幅の増減に伴って前記コイル間隔が増減するように、前記移送部による前記各コアの移送動作を制御する制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる金属板接合装置は、上記の発明のいずれか一つに記載され、搬送経路に沿って搬送される複数の金属板のうちの先行の金属板の後端部と、前記先行の金属板に後続する後行の金属板の先端部とを誘導加熱する誘導加熱装置と、誘導加熱された前記先行の金属板の後端部と前記後行の金属板の先端部とを押圧して、前記先行の金属板と前記後行の金属板とを接合する押圧部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、広範囲な板幅の金属板をその全幅に亘って均一に効率よく誘導加熱することができるという効果を奏する。また、搬送される複数の金属板の各対向端部をその全幅に亘って均一に効率よく誘導加熱でき、この誘導加熱作用を用いて、これら複数の金属板の各対向端部同士を確実に接合することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置の各構成例を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態にかかる誘導加熱装置の磁界印加部の一構成例を示す模式図である。 図３は、図２に示す磁界印加部を鋼板の搬送方向から見た模式図である。 図４は、一対のコアにおけるコア材同士の重なり部の一構成例を示す模式図である。 図５は、鋼板の板幅方向に隣り合うコイル同士のコイル間隔と重なり部の長さとの相関を例示する相関図である。 図６は、鋼板の板幅に対応して一対のコアを板幅方向に変位する状態を示す模式図である。 図７は、本実施例における鋼板の接合不良率を示す図である。 図８は、本発明にかかる誘導加熱装置におけるコア材同士の重なり部の変形例１を示す模式図である。 図９は、本発明にかかる誘導加熱装置におけるコア材同士の重なり部の変形例２を示す模式図である。 図１０は、本発明にかかる誘導加熱装置におけるコア材同士の重なり部の変形例３を示す模式図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

(実施の形態)
図１は、本発明の実施の形態にかかる誘導加熱装置およびこれを用いた金属板接合装置の各構成例を示すブロック図である。なお、図１には、この誘導加熱装置１０を適用した金属板接合装置３が設置される熱間圧延ラインの一部分が図示されている。以下では、図１を参照しつつ、まず、金属板接合装置３を適用した熱間圧延ラインの概略構成を説明し、つぎに、金属板接合装置３および誘導加熱装置１０の各構成を説明する。

図１に示すように、本実施の形態にかかる金属板接合装置３は、熱間圧延ラインの粗圧延部１と仕上圧延部４との間に設置される。具体的には、熱間圧延ラインの搬送経路５における鋼板の搬送方向（図１の矢印参照）に沿って、粗圧延部１と、切断部２と、金属板接合装置３と、仕上圧延部４とが配置される。なお、搬送経路５は、複数の搬送ロール等を用いて実現される。

粗圧延部１は、加熱炉（図示せず）による加熱処理等が施されたスラブを板状に粗圧延して鋼板を得る。粗圧延後の鋼板は、搬送経路５に沿って粗圧延部１から切断部２へ搬送される。切断部２は、搬送された鋼板の先端部および後端部を切断処理し、これによって、鋼板の先端部および後端部の各形状を整える。この切断処理後の鋼板は、搬送経路５に沿って切断部２から金属板接合装置３へ搬送される。金属板接合装置３は、誘導加熱装置１０による鋼板の誘導加熱を利用して、複数の鋼板の対向端部同士を接合し、これによって、一連の鋼板を得る。この一連の鋼板は、これら複数の鋼板を帯状に一体化した鋼板であり、搬送経路５に沿って金属板接合装置３から仕上圧延部４へ搬送される。

仕上圧延部４は、上述したように金属板接合装置３によって帯状に接合された一連の鋼板を所望の厚さに仕上圧延する。この場合、仕上圧延部４は、一連の鋼板を形成する複数の鋼板を連続して仕上圧延するエンドレス圧延を行う。仕上圧延部４は、このエンドレス圧延を行うことによって、複数の鋼板を切れ目なく連続して圧延できるとともに、圧延稼働中の仕上圧延部４の入側に仕上圧延前の鋼板を停滞させてしまう事態を防止できる。この結果、仕上圧延部４は、複数の鋼板を能率よく仕上圧延できる。なお、仕上圧延処理後の一連の鋼板は、仕上圧延部４の出側から送出され、その後、熱間圧延ラインによる各種処理が適宜施される。

つぎに、上述した金属板接合装置３の構成を説明する。図１に示すように、金属板接合装置３は、計測部６と、押圧部７，８と、誘導加熱装置１０とを備える。また、図１に示す熱間圧延ラインの搬送経路５に沿って、切断部２の後段に計測部６が配置され、計測部６の後段に、押圧部７，８および誘導加熱装置１０が配置される。

計測部６は、上述した切断部２側から搬送経路５に沿って順次搬送される複数の鋼板の板幅を順次計測する。計測部６は、鋼板の板幅を計測する都度、板幅の計測値を誘導加熱装置１０（詳細には、後述する制御部１４）へ知らせる。なお、計測部６による板幅計測後の各鋼板は、搬送経路５に沿って誘導加熱装置１０側へ順次搬送される。

押圧部７，８は、誘導加熱装置１０によって誘導加熱された複数の鋼板の対向端部同士を押圧によって接合する。具体的には、押圧部７，８は、クランプ機構および押圧機構等を用いて各々実現される。押圧部７は、誘導加熱装置１０の入側に配置され、押圧部８は、誘導加熱装置１０の出側に配置される。ここで、誘導加熱装置１０は、搬送経路５に沿って搬送される複数の鋼板のうちの先行の鋼板（以下、先行板１５という）の後端部と、この先行板１５に後続する後行の鋼板（以下、後行板１６という）の先端部とを誘導加熱する。押圧部７は、誘導加熱装置１０によって先端部を誘導加熱された後行板１６をクランプし、図１の太線矢印に示されるように、この後行板１６の先端部を先行板１５の後端部に向けて押圧する。これに並行して、押圧部８は、誘導加熱装置１０によって後端部を誘導加熱された先行板１５をクランプし、図１の太線矢印に示されるように、この先行板１５の後端部を後行板１６の先端部に向けて押圧する。すなわち、押圧部７，８は、誘導加熱装置１０によって誘導加熱された先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを互いに押圧する。これによって、押圧部７，８は、先行板１５と後行板１６とを接合する。押圧部７，８は、搬送経路５に沿って搬送される複数の鋼板に対して、上述した押圧処理を順次行う。

つぎに、上述した誘導加熱装置１０の構成を説明する。図１に示すように、誘導加熱装置１０は、加熱処理対象の鋼板に誘導加熱のための磁界を印加する磁界印加部１１と、磁界印加部１１に電力を供給する電源１２と、磁界印加部１１のコイル間隔を調整するための移送部１３と、これら各構成部を制御する制御部１４とを備える。

磁界印加部１１は、鋼板をその板厚方向に貫通する交番磁界を発生する複数対のコイルと、鋼板の板幅方向に対向配置される一対のコアとを用いて実現される。また、磁界印加部１１は、鋼板の板幅方向に延伸するコア材１１ａを介して、この一対のコア間の連続を確保する。このような磁界印加部１１は、電源１２から供給される電流に応じて、鋼板の板幅方向の磁束斑を抑制しつつ、鋼板の板厚方向の交番磁界を発生させる。磁界印加部１１は、図１に示すように対向する先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに対して、このような交番磁界を印加する。これによって、磁界印加部１１は、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに、交番磁界に由来する渦電流を誘起し、この渦電流のジュール熱によって、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを誘導加熱する。磁界印加部１１は、搬送経路５に沿って複数の鋼板の各対向端部が搬送される都度、上述したように各対向端部に交番磁界を印加して各対向端部を誘導加熱する。なお、磁界印加部１１が備える複数対のコイルおよび一対のコアの詳細な構成については、後述する。

移送部１３は、磁界印加部１１において鋼板の板幅方向に隣り合う複数対のコイルのコイル間隔を調整するためのものである。具体的には、移送部１３は、鋼板の板幅方向に対象体をガイドするガイド機構および駆動機構等を用いて実現される。移送部１３は、搬送経路５に沿って順次搬送される鋼板（例えば先行板１５および後行板１６）の板幅方向に沿って互いに反対方向（図１の太線両側矢印参照）に、磁界印加部１１における一対のコアの各コアを移送する。これによって、移送部１３は、磁界印加部１１の板幅方向のコイル間隔を調整する。すなわち、移送部１３は、この一対のコアの各コアを互いに離間する方向へ移送することによって、板幅方向のコイル間隔を増加させ、この一対のコアの各コアを互いに近接する方向へ移送することによって、板幅方向のコイル間隔を減少させる。

制御部１４は、搬送経路５上の鋼板の搬送位置に基づいて、磁界印加部１１、電源１２、および移送部１３の各動作を制御する。具体的には、制御部１４は、磁界印加部１１の交番磁界の作用範囲内に先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とが位置するタイミングに、磁界印加部１１に対して電流を供給するように電源１２を制御する。この電源１２の制御を通して、制御部１４は、磁界印加部１１の交番磁界の発生タイミングを制御するとともに、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに交番磁界を印加するように磁界印加部１１を制御する。また、制御部１４は、鋼板の板幅の増減に伴って磁界印加部１１のコイル間隔が増減するように、移送部１３による磁界印加部１１の各コアの移送動作を制御する。具体的には、制御部１４は、搬送経路５に沿って搬送される各鋼板の板幅の計測値を計測部６から順次取得する。制御部１４は、取得した板幅の計測値をもとに移送部１３の移送動作を制御し、これによって、磁界印加部１１のコイル間隔を制御する。すなわち、制御部１４は、板幅の計測値の増加に伴って磁界印加部１１のコイル間隔を増加させ、板幅の計測値の減少に伴って磁界印加部１１のコイル間隔を減少させる。このように移送部１３を制御することによって、制御部１４は、たとえ鋼板の板幅が増減変化しても、鋼板をその全板幅に亘って均一に誘導加熱することに適した磁界印加部１１のコイル間隔を常に確保する。

つぎに、上述した磁界印加部１１におけるコイルおよびコアの各構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態にかかる誘導加熱装置の磁界印加部の一構成例を示す模式図である。なお、図２には、この磁界印加部１１の上面図が図示されている。図３は、図２に示す磁界印加部を鋼板の搬送方向から見た模式図である。図２、３に示すように、磁界印加部１１は、鋼板を誘導加熱するための複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂと一対のコア２３，２４とを備える。

複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、金属線を用いて実現され、図１に示した鋼板の搬送経路５を挟んでコイル軸方向に対向する。また、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、電源１２からの電流に基づいて、鋼板をその板厚方向に貫通する交番磁界を発生する。

具体的には図２、３に示すように、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、一方の対をなすコイル２１ａ，２１ｂと、他方の対をなすコイル２２ａ，２２ｂとに分けられる。コイル２１ａ，２１ｂは、先行板１５および後行板１６における板幅方向の一方の片側部分を挟んで板厚方向に対向する。なお、コイル２１ａ，２１ｂの各コイル軸方向は略同じである。一方、コイル２２ａ，２２ｂは、先行板１５および後行板１６における板幅方向の他方の片側部分を挟んで板厚方向に対向する。なお、コイル２２ａ，２２ｂの各コイル軸方向は略同じである。このような各対のコイル２１ａ，２１ｂおよびコイル２２ａ，２２ｂは、図２、３に示すように、先行板１５および後行板１６の板幅方向に隣り合う。すなわち、コイル２１ａ，２１ｂのコイル軸方向とコイル２２ａ，２２ｂのコイル軸方向とは、互いに略平行な関係にある。

また、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、電源１２に対して直列に接続され、これらのコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの各々には、電源１２から略同じ量の電流（具体的には交流電流）が供給される。このような各対のコイル２１ａ，２１ｂおよびコイル２２ａ，２２ｂは、電源１２からの電流に基づいて、先行板１５および後行板１６の各全幅に亘る範囲の交番磁界を発生させ、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに対して、この交番磁界を印加する。

一対のコア２３，２４は、図３に示すように、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを巻回され、鋼板の板幅方向に隣り合う複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂを有し、これら複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂによる交番磁界の磁束を強化し且つ整える。また、一対のコア２３，２４は、鋼板の板幅方向に延伸するコア材１１ａ（図１参照）を介して、複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ同士の連続、すなわち、板幅方向に隣り合うコア主部２３ａ，２４ａ同士の連続と、板幅方向に隣り合うコア主部２３ｂ，２４ｂ同士の連続とを維持する。この連続状態を維持しつつ、一対のコア２３，２４は、図１に示した移送部１３の作用により、鋼板の板幅に対応して複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの板幅方向のコイル間隔Ｌｃを増減させる。

詳細には図２、３に示すように、コア２３は、電磁鋼板または鉄板等の磁性板を複数積層して形成され、一対のコア主部２３ａ，２３ｂと、コア主部２３ａ，２３ｂ同士を接続する接続材２３ｃとを備える。一対のコア主部２３ａ，２３ｂは、図１に示した鋼板の搬送経路５を挟んで鋼板の板厚方向に対向するコア材である。図３に示すように、コア主部２３ａはコイル２１ａを巻回され、コア主部２３ｂはコイル２１ｂを巻回される。このような一対のコア主部２３ａ，２３ｂは、先行板１５および後行板１６の板厚方向に沿って、コイル２１ａとコイル２１ｂとを対向配置させる。

接続材２３ｃは、一対のコア主部２３ａ，２３ｂ同士を連続させるコア材である。具体的には図３に示すように、接続材２３ｃは、コの字形状等の所定の外形をなし、その一端がコア主部２３ａと連続し、その他端がコア主部２３ｂと連続する。このような接続材２３ｃは、上述したコア主部２３ａ，２３ｂの対向配置を維持するとともに、コア主部２３ａ，２３ｂを一体化する。

一方、コア２４は、上述したコア２３と同様に磁性板を複数積層して形成され、図２、３に示すように、一対のコア主部２４ａ，２４ｂと、コア主部２４ａ，２４ｂ同士を接続する接続材２４ｃとを備える。一対のコア主部２４ａ，２４ｂは、上述したコア２３のコア主部２３ａ，２３ｂと同様に、搬送経路５を挟んで鋼板の板厚方向に対向するコア材である。図３に示すように、コア主部２４ａはコイル２２ａを巻回され、コア主部２４ｂはコイル２２ｂを巻回される。このような一対のコア主部２４ａ，２４ｂは、先行板１５および後行板１６の板厚方向に沿って、コイル２２ａとコイル２２ｂとを対向配置させる。

接続材２４ｃは、一対のコア主部２４ａ，２４ｂ同士を連続させるコア材である。具体的には図３に示すように、接続材２４ｃは、コの字形状等の所定の外形をなし、その一端がコア主部２４ａと連続し、その他端がコア主部２４ｂと連続する。このような接続材２４ｃは、上述したコア主部２４ａ，２４ｂの対向配置を維持するとともに、コア主部２４ａ，２４ｂを一体化する。

上述したような構造を有する一対のコア２３，２４は、互いに別体のコア材であり、鋼板の板幅方向に沿って配置される。このような一対のコア２３，２４は、上述した移送部１３の作用により、板幅方向に沿って互いに反対方向に変位する。これにより、コイル間隔Ｌｃは、先行板１５および後行板１６の板幅に対応して調整される。

また、一対のコア２３，２４は、図２、３に示すように、先行板１５および後行板１６の板幅方向に延伸するコア材同士の重なり部２５，２６を有する。重なり部２５は、板幅方向に隣り合うコア主部２３ａ，２４ａの鋼板（先行板１５および後行板１６）側に設けられ、コア主部２３ａ，２４ａの各々から板幅方向に突起する複数のコア材（図１に示したコア材１１ａに相当）を互いに重ね合わせることによって形成される。重なり部２５は、そのコア材同士の重なり長さＬｐが零値を超過する限り、コア主部２３ａ，２４ａ同士の連続を確保する。一方、重なり部２６は、板幅方向に隣り合うコア主部２３ｂ，２４ｂの鋼板側に設けられること以外、上述した重なり部２５と同様の構造を有する。重なり部２６は、そのコア材同士の重なり長さＬｐが零値を超過する限り、コア主部２３ｂ，２４ｂ同士の連続を確保する。このような重なり部２５，２６は、板幅方向に隣り合うコイル２１ａ，２２ａ間およびコイル２１ｂ，２２ｂ間において、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂによる交番磁界の磁束を強化し且つ整える。これによって、重なり部２５，２６は、このコイル２１ａ，２２ａ間からコイル２１ｂ，２２ｂ間に亘る隙間における交番磁界の磁束密度の低下を抑制する。

つぎに、上述した一対のコア２３，２４におけるコア材同士の重なり部２５，２６について詳細に説明する。図４は、一対のコアにおけるコア材同士の重なり部の一構成例を示す模式図である。図５は、鋼板の板幅方向に隣り合うコイル同士のコイル間隔と重なり部の長さとの相関を例示する相関図である。なお、図２、３に示した一対のコア２３，２４の重なり部２５，２６におけるコア材同士の重なり構造は、互いに同様である。このため、以下では、図４、５を参照しつつ、重なり部２５の構成を代表して説明する。

図４に示すように、重なり部２５は、コア主部２３ａから突起した複数の突起部２５ａとコア主部２４ａから突起した複数の突起部２５ｂとによって形成される。突起部２５ａは、上述した複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂのうちの鋼板の板幅方向に互いに対向する一方のコア主部２３ａから他方のコア主部２４ａに向かって突起するコア部材である。突起部２５ａは、この板幅方向に対して垂直な方向に沿って、コア主部２３ａに複数形成される。これと同様に、突起部２５ｂは、鋼板の板幅方向に互いに対向する一方のコア主部２４ａから他方のコア主部２３ａに向かって突起するコア部材であり、この板幅方向の垂直方向に沿って、コア主部２４ａに複数形成される。これら複数の突起部２５ａ，２５ｂの各々は、図４に示すように、各コア主部２３ａ，２４ａの対向方向の隙間において、この板幅方向の垂直方向に重なり合う。このように複数の突起部２５ａ，２５ｂが鋼板の板幅方向の垂直方向に交互に重なることにより、コア主部２３ａ，２４ａ間の重なり部２５が形成される。本実施の形態において、上述した板幅方向に対する垂直方向は、図４に示すように、上述した先行板１５および後行板１６等の鋼板の搬送方向である。また、鋼板がその長手方向に搬送される場合、鋼板の搬送方向は、その鋼板の長手方向と同じである。

なお、複数の突起部２５ａは、例えば、コア主部２３ａを構成する磁性板（電磁鋼板または鉄板等）の積層体の積層厚方向に沿って所定の間隔毎に複数部分、この積層体を延伸することによって容易に形成される。このことは、コア主部２４ａ側の複数の突起部２５ｂについても同様である。

ここで、複数の突起部２５ａ，２５ｂの各々は、図４に示すように、鋼板の板幅方向に延伸する。すなわち、複数の突起部２５ａ，２５ｂは、図１に示したコア材１１ａに相当し、重なり部２５における突起部２５ａ，２５ｂ同士の重なり長さＬｐが零値を超過する限り、コア主部２３ａとコア主部２４ａとの連続を維持する。なお、図３に示したように、突起部２５ａと一体的なコア主部２３ａは、コア２３の一部分であり、突起部２５ｂと一体的なコア主部２４ａは、コア２４の一部分である。すなわち、板幅方向に沿った一対のコア２３，２４の互いに反対方向の変位とともに、コア主部２３ａ，２４ａは、図４の太線両側矢印に示されるように、板幅方向に沿って互いに反対方向に変位する。このようなコア主部２３ａ，２４ａの変位に対応して、突起部２５ａ，２５ｂ同士の重なり長さＬｐは、上述したコイル２１ａ，２２ａのコイル間隔Ｌｃとともに増減変化する。

具体的には、図５に示すように、コイル間隔ＬｃがＬｃ１≦Ｌｃ≦Ｌｃ２の範囲内において減少するに伴い、重なり長さＬｐは、その最大値Ｌｐ１から零値まで減少する。言い換えれば、コイル間隔ＬｃがＬｃ１≦Ｌｃ≦Ｌｃ２の範囲内において増加するに伴い、重なり長さＬｐは、零値から最大値Ｌｐ１まで増加する。また、コイル間隔ＬｃがＬｃ≧Ｌｃ２の範囲内において増減した場合、重なり長さＬｐは、コイル間隔Ｌｃによらず、零値である。

なお、重なり長さＬｐの最大値Ｌｐ１は、図４に示す突起部２５ａ，２５ｂの各突起長さＬａと略同値である。また、コイル間隔Ｌｃ１は、複数の突起部２５ａ，２５ｂ同士が最大限に重なり合った場合のコイル間隔であり、図３に示したコイル２１ａ，２２ａのコイル間隔の最小値である。コイル間隔Ｌｃ２は、重なり長さＬｐが零値になる最小のコイル間隔である。

ここで、重なり長さＬｐが零値である場合、上述した複数の突起部２５ａ，２５ｂは、互いに重なり合っておらず、このため、重なり部２５が形成されていない。すなわち、コイル間隔ＬｃがＬｃ１≦Ｌｃ＜Ｌｃ２の範囲内である場合、複数の突起部２５ａ，２５ｂは、板幅方向に対する垂直方向に交互に重なった状態（以下、重なり状態という）になる。この結果、コア主部２３ａ，２４ａの対向方向の隙間に、重なり部２５が形成される。このような重なり部２５は、図４に示すように板幅方向に対向するコア主部２３ａ，２４ａ同士の連続を維持する。一方、コイル間隔ＬｃがＬｃ≧Ｌｃ２の範囲内である場合、複数の突起部２５ａ，２５ｂは、上述した重なりが解除されて、互いに離間した状態（以下、離間状態という）になる。この場合、コア主部２３ａ，２４ａの対向方向の隙間には、重なり部２５が形成されない。この結果、コア主部２３ａ，２４ａ同士は、連続していない状態になる。

上述した重なり部２５の条件は、他方の重なり部２６についても同様である。すなわち、コイル間隔ＬｃがＬｃ１≦Ｌｃ＜Ｌｃ２の範囲内である場合、コア主部２３ｂから突起した複数の突起部とコア主部２４ｂから突起した複数の突起部とが、上述した突起部２５ａ，２５ｂと同様に重なり状態になる。この結果、コア主部２３ｂ，２４ｂの対向方向の隙間に、コア主部２３ａ，２４ａ同士の連続を維持する重なり部２６が形成される。重なり部２５，２６は、Ｌｃ１≦Ｌｃ＜Ｌｃ２というコイル間隔Ｌｃの範囲を満足する一対のコア２３，２４（図３参照）の変位範囲において常に、コア主部２３ａ，２４ａ同士の連続とコア主部２３ｂ，２４ｂ同士の連続とを各々維持する。すなわち、一対のコア２３，２４は、コイル間隔Ｌｃの範囲Ｌｃ１≦Ｌｃ＜Ｌｃ２に対応する板幅範囲内の鋼板について常に、重なり部２５，２６を介して複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ同士の板幅方向の連続を維持しつつ板幅方向に変位できる。

なお、上述した重なり部２５における突起部２５ａ，２５ｂ同士の重なり状態は、互いに隣り合う突起部２５ａ，２５ｂ同士が接触している場合を含むことは言うまでもなく、これら突起部２５ａ，２５ｂ同士が接触していない場合も含む。すなわち、板幅方向の垂直方向に突起部２５ａと突起部２５ｂとが交互に位置していれば、隣り合う突起部２５ａ，２５ｂ間に隙間が生じていても、重なり状態であると定義する。このことは、他方の重なり部２６（図３参照）においても同様である。

つぎに、本発明にかかる誘導加熱装置１０およびこれを用いた金属板接合装置３の具体的な実施例を説明する。図６は、鋼板の板幅に対応して一対のコアを板幅方向に変位する状態を示す模式図である。図７は、本実施例における鋼板の接合不良率を示す図である。以下、上述した図１と図６、７とを参照しつつ、本発明における実施例を説明する。

本実施例では、接合対象の先行板１５および後行板１６として、１７３０［ｍｍ］から２２２０［ｍｍ］までの各板幅の鋼板を複数枚、準備した。また、先行板１５および後行板１６の各板厚は、４０［ｍｍ］に設定した。一方、誘導加熱装置１０において、図４に示した突起長さＬａは、コイル間隔Ｌｃが３００［ｍｍ］である場合に零値となるように設定した。また、重なり部２５，２６の各突起部厚さは、７５［ｍｍ］に設定し、鋼板の搬送方向における一対のコア２３，２４の厚さは、４１０［ｍｍ］に設定した。

上述した先行板１５および後行板１６を１７３０〜２２２０［ｍｍ］の板幅別に２０枚ずつ、金属板接合装置３へ順次搬送し、金属板接合装置３によって、板幅別に２０対の先行板１５と後行板１６とを順次接合した。なお、金属板接合装置３は、一対の先行板１５と後行板１６とを接合する際、誘導加熱装置１０によって先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを誘導加熱し、押圧部７，８によって、この誘導加熱後の先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを互いに押圧した。これによって、この先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを加熱接合した。

上述した金属板接合装置３による先行板１５と後行板１６とを加熱接合処理において、誘導加熱装置１０は、図６に示すように、先行板１５および後行板１６の各板幅に対応して適宜、一対のコア２３，２４を板幅方向に沿って互いに反対方向に変位させた。具体的には、板幅Ｗ２に比して狭幅な板幅Ｗ１の先行板１５および後行板１６が搬入された場合、一対のコア２３，２４は、図６に示されるように、先行板１５および後行板１６の板幅Ｗ１に対応して、板幅方向に沿った互いに近接する方向に変位した。これによって、一対のコア２３，２４は、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂのコイル間隔Ｌｃを板幅Ｗ１に合わせて狭めた。一方、板幅Ｗ１に比して幅広な板幅Ｗ２の先行板１５および後行板１６が搬入された場合、一対のコア２３，２４は、図６に示されるように、先行板１５および後行板１６の板幅Ｗ２に対応して、板幅方向に沿った互いに離間する方向に変位した。これによって、一対のコア２３，２４は、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂのコイル間隔Ｌｃを板幅Ｗ２に合わせて広げた。誘導加熱装置１０は、先行板１５および後行板１６の各板幅が増減変化する都度、変化後の板幅に対応して、このような一対のコア２３，２４の変位を繰り返した。

誘導加熱装置１０は、コイル間隔Ｌｃの調整後、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂからの交番磁界２９を先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに印加した。この交番磁界２９に由来する渦電流のジュール熱によって、誘導加熱装置１０は、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを誘導加熱した。

本実施例による先行板１５と後行板１６との接合処理の結果、図７に示すような接合不良率［％］が得られた。なお、本実施例における接合不良率として、接合不良の発生数と接合処理の回数との比率をコイル間隔Ｌｃ毎に算出した。

具体的には、図７に示すように、コイル間隔Ｌｃが３００［ｍｍ］未満である場合、１７３０〜２２２０［ｍｍ］の板幅範囲の先行板１５と後行板１６との接合不良率は、鋼板のエンドレス圧延において許容可能な範囲の接合不良率Ｆ１以下であった。これは、コイル間隔Ｌｃが３００［ｍｍ］以下である場合において、図６に示すように、板幅方向に隣り合う複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ間のコア材が重なり状態となっているためである。

すなわち、一対のコア２３，２４の変位によって、複数対のコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂのコイル間隔Ｌｃを、先行板１５および後行板１６の板幅に対応して適正値に調整した。これによって、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに対し、先行板１５および後行板１６の各板幅の全域に亘る交番磁界２９を印加可能にした。これに加え、重なり部２５は、コア主部２３ａ，２４ａから板幅方向に延伸したコア材同士（図４の突起部２５ａ，２５ｂ参照）の重なり状態によって形成され、板幅方向に隣り合うコア主部２３ａ，２４ａ同士の連続を確保した。且つ、重なり部２６は、コア主部２３ｂ，２４ｂから板幅方向に延伸したコア材同士の重なり状態によって形成され、板幅方向に隣り合うコア主部２３ｂ，２４ｂ同士の連続を確保した。このように複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ同士を連続させた重なり部２５，２６によって、コイル２１ａ，２１ｂ間からコイル２２ａ，２２ｂ間までに至る隙間における交番磁界２９の磁束を強化した。この結果、先行板１５および後行板１６の板幅方向の中央部分における交番磁界２９の磁束密度の低減を抑制した。上述した作用効果によって、誘導加熱装置１０は、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに対し、先行板１５および後行板１６の各板幅の全域に亘って均一な磁束密度の交番磁界２９を印加できた。この結果、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを確実に接合するに十分な誘導加熱を行うことができることから、先行板１５と後行板１６との接合不良率が、許容範囲の接合不良率Ｆ１以下という低いもの（略零値）となった。

一方、コイル間隔Ｌｃが３００［ｍｍ］以上である場合、図７に示すように、１７３０〜２２２０［ｍｍ］の板幅範囲の先行板１５と後行板１６との接合不良率は、コイル間隔Ｌｃの増加に伴って上昇した。特に、３００［ｍｍ］を超過したコイル間隔Ｌｃの範囲において、接合不良率は、急激に上昇して、上述した許容範囲の接合不良率Ｆ１を超過した。例えば、コイル間隔Ｌｃが４００［ｍｍ］である場合、接合不良率は、許容範囲の接合不良率Ｆ１に比して極めて高い接合不良率Ｆ２となり、コイル間隔Ｌｃが５００［ｍｍ］である場合、接合不良率は、この接合不良率Ｆ２に比して更に高い接合不良率Ｆ３となった。これは、コイル間隔Ｌｃが３００［ｍｍ］を超過する場合において、板幅方向に隣り合う複数対のコア主部２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ間におけるコア材の重なりが消滅して、コア主部２３ａ，２４ａ同士およびコア主部２３ｂ，２４ｂ同士がともに離間状態となっているためである。

すなわち、上述した離間状態において、コア主部２３ａ，２４ａ間およびコア主部２３ｂ，２４ｂ間のコア材の連続は、コイル２１ａ，２１ｂ間からコイル２２ａ，２２ｂ間までに至る隙間において途切れている。これに起因して、コイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂからの交番磁界の磁束密度は、このコイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ間の隙間において低下し、この結果、先行板１５および後行板１６の板幅方向について、この交番磁界の磁束斑が生じた。このような交番磁界の磁束斑は、先行板１５および後行板１６をその板厚方向に貫通する磁束の斑を招来し、特に、先行板１５および後行板１６の板幅方向の中央部分において、交番磁界の磁束密度が低減した。このような原因から、誘導加熱装置１０は、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とに対し、その板幅方向に均一な磁束密度の交番磁界を印加できなかった。このため、先行板１５の後端部と後行板１６の先端部とを接合するに足る誘導加熱を行うことができず、この結果、先行板１５と後行板１６との接合不良率が、許容範囲の接合不良率Ｆ１に比して極めて高いものとなった。

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、鋼板の板幅方向に隣り合う一対のコアに、鋼板をその板厚方向に貫通する交番磁界を発生する複数対のコイルを巻回され、鋼板の板幅方向に隣り合う複数対のコア主部を設け、板幅方向に延伸するコア材を介して、これら複数対のコア主部同士の連続を維持しつつ、板幅方向に沿って互いに反対方向に一対のコアの各々を変位させて、これら複数対のコイルの板幅方向のコイル間隔を、鋼板の板幅に対応して増減させている。

このため、異なる板幅の鋼板に対応して複数対のコイルの板幅方向のコイル間隔を適正値に調整しつつ、複数対のコア主部同士を連続させるコア材によって、これら複数対のコイル間の隙間における交番磁界の磁束を強化できる。これによって、鋼板に対する交番磁界の印加範囲をこの鋼板の板幅の全域に広げることができるとともに、この鋼板の板幅方向の中央部分における交番磁界の磁束密度の低減を抑制できる。たとえ需要者の要求に応じて鋼板の板幅が多様化した場合であって、このような交番磁界を鋼板に印加することによって、多様な板幅の鋼板の磁束分布をその全板幅に亘って均一化できる。この結果、交番磁界に由来する渦電流のジュール熱によって、広範囲な板幅の鋼板をその全板幅に亘って均一に効率よく誘導加熱することができる。

本発明にかかる誘導加熱装置を用いることによって、接合対象の鋼板である先行板と後行部との各対向端部、すなわち、先行板の後端部と後行板の先端部とを均一に効率よく誘導加熱できる。このように誘導加熱した先行板の後端部と後行板の先端部とを互いに押圧することによって、この先行板と後行板とを確実に接合することができる。この結果、順次搬送される複数の鋼板を一体的に連続した一連の鋼板に加工できるとともに、これら複数の鋼板同士の接合不良率を低減することができる。このような一連の鋼板は、例えば、複数の鋼板を途切れることなく連続して仕上圧延するエンドレス圧延に有用である。

また、本発明の実施の形態では、鋼板の板幅方向に沿って互いに反対方向に一対のコアの各々を移送する移送部を用い、上述した複数対のコイルの板幅方向のコイル間隔が鋼板の板幅の増減に伴って増減するように、この移送部による各コアの移送動作を制御している。このため、異なる板幅の鋼板に対応して複数対のコイルの板幅方向のコイル間隔を適正値に自動調整でき、この結果、鋼板の誘導加熱処理および鋼板同士の接合処理の各能率を向上することができる。

なお、上述した実施の形態では、コア主部から突起した複数の突起部を、鋼板の板幅方向に対する垂直方向に交互に重ねていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、重なり部２５は、コア主部２３ａから対向のコア主部２４ａに向けて板幅方向に突起する単一の突起部２５ｃと、コア主部２４ａから対向のコア主部２３ａに向けて板幅方向に突起する単一の突起部２５ｄとを、板幅方向に対する垂直方向（鋼板の搬送方向等）に互いに重ね合わせたものでもよい。このことは、他方の重なり部２６についても同様である。

また、図９に示すように、重なり部２５は、コア主部２４ａから対向のコア主部２３ａに向けて板幅方向に突起する突起部２５ｅと、突起部２５ｅに係合する形状の凹部２５ｆとを、板幅方向に対する垂直方向に互いに重ね合わせたものでもよい。この場合、重なり部２５は、凹部２５ｆ内に突起部２５ｅを挿入することによって形成される。このような突起部２５ｅおよび凹部２５ｆの各々は、１つでもよいし、複数でもよい。このことは、他方の重なり部２６を形成する突起部２６ｅおよび凹部２６ｆについても同様である。

さらに、図１０に示すように、重なり部２５は、コア主部２４ａから対向のコア主部２３ａ側へ板幅方向に突起する突起部２５ｇと、コア主部２３ａから対向のコア主部２４ａに向けて板幅方向に突起する突起部２５ｈとを、鋼板の板厚方向に互いに重ね合わせたものでもよい。このような突起部２５ｇ，２５ｈの各々は、１つでもよいし、複数でもよい。このことは、他方の重なり部２６を形成する突起部２６ｇ，２６ｈについても同様である。

一方、上述した実施の形態では、本発明にかかる誘導加熱装置１０を熱間圧延ラインにおける金属板接合装置３に適用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明にかかる誘導加熱装置１０は、金属板接合装置３等の他の装置に組み込まれたものに限らず、搬送経路５に沿って順次搬送される複数の鋼板をその全板幅に亘って均一に誘導加熱する単独の装置であってもよい。この場合、誘導加熱装置１０は、各鋼板の端部のみならず、鋼板の全板幅に亘って均一な誘導加熱を、鋼板の搬送方向（鋼板の長手方向）に沿って連続的に行って、鋼板全体を誘導加熱してもよい。このような誘導加熱装置１０は、例えば、仕上圧延部４の入側へ搬送される各鋼板の全体を仕上圧延に適した温度に順次誘導加熱する仕上圧延前の加熱装置であってもよいし、仕上圧延以外の工程前に複数の鋼板を順次誘導加熱するものであってもよい。

また、上述した実施の形態では、一対のコアの各々に一対のコア主部を設けていたが、これに限らず、一対のコアの各々に、鋼板の板幅方向またはその垂直方向に沿って複数対のコア主部を設けてもよい。この場合、単一のコアに設けられた複数対のコア主部の各々にコイルを巻回すればよい。すなわち、一対のコアの各々に、鋼板の板幅方向またはその垂直方向に沿って複数対のコイルを備えてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、移送部を用い、鋼板の板幅方向に沿って互いに反対方向に一対のコアの各々を自動移送していたが、これに限らず、オペレータによって、鋼板の板幅方向に沿って互いに反対方向に一対のコアの各々を手動移送してもよい。

また、上述した実施の形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、誘導加熱対象の金属板は、上述したように鋼板であってもよいし、交番磁界によって渦電流を誘起可能な金属板であれば、銅板または鉄板等の鋼板以外の金属板であってもよい。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。

１ 粗圧延部
２ 切断部
３ 金属板接合装置
４ 仕上圧延部
５ 搬送経路
６ 計測部
７，８ 押圧部
１０ 誘導加熱装置
１１ 磁界印加部
１１ａ コア材
１２ 電源
１３ 移送部
１４ 制御部
１５ 先行板
１６ 後行板
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ コイル
２３，２４ コア
２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ コア主部
２３ｃ，２４ｃ 接続材
２５，２６ 重なり部
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｇ，２５ｈ，２６ａ，２６ｂ，２６ｅ，２６ｇ，２６ｈ 突起部
２５ｆ，２６ｆ 凹部
２９ 交番磁界

Claims (6)

1. 搬送経路に沿って搬送される複数の金属板を誘導加熱する誘導加熱装置において、
   前記搬送経路を挟んでコイル軸方向に対向し、前記金属板の板厚方向に前記金属板を貫通する交番磁界を発生する複数対のコイルと、
   前記複数対のコイルを巻回され、前記金属板の板幅方向に隣り合う複数対のコア主部を有し、前記板幅方向に延伸するコア材を介して前記複数対のコア主部同士の連続を維持しつつ、前記金属板の板幅に対応して、前記複数対のコイルの前記板幅方向のコイル間隔を増減させる一対のコアと、
   を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記コア材は、前記複数対のコア主部のうちの互いに対向する一方のコア主部から他方のコア主部に向かって突起する突起部であり、
   前記複数対のコア主部の各コア主部に形成された前記突起部の各々は、前記各コア主部の対向方向の隙間において重なり合うことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 前記突起部の各々は、前記板幅方向に対して垂直な方向に重なり合うことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱装置。
4. 前記突起部は、前記板幅方向に対して垂直な方向に沿って前記各コア主部に複数形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の誘導加熱装置。
5. 前記板幅方向に沿って互いに反対方向に前記一対のコアの各コアを移送する移送部と、
   前記金属板の板幅の増減に伴って前記コイル間隔が増減するように、前記移送部による前記各コアの移送動作を制御する制御部と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の誘導加熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載され、搬送経路に沿って搬送される複数の金属板のうちの先行の金属板の後端部と、前記先行の金属板に後続する後行の金属板の先端部とを誘導加熱する誘導加熱装置と、
   誘導加熱された前記先行の金属板の後端部と前記後行の金属板の先端部とを押圧して、前記先行の金属板と前記後行の金属板とを接合する押圧部と、
   を備えたことを特徴とする金属板接合装置。

Images