JP2016110950A

JP2016110950A - 加熱方法及び加熱装置

Info

Publication number: JP2016110950A
Application number: JP2014250140A
Authority: JP
Inventors: 弘義大山; Hiroyoshi Oyama; 文昭生田; Fumiaki Ikuta
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-20

Abstract

【課題】メッキの偏りを抑制できるメッキ鋼板の加熱方法及び加熱装置を提供する。【解決手段】磁束がメッキ鋼板２の板面２ｓを貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板２に流し、メッキ鋼板２の板面２ｓとの間に絶縁間隙を介してメッキ鋼板２と平行に配置される導電板３に、メッキ鋼板２における電流の流れ方向に沿ってメッキ鋼板２とは逆位相の電流を流してメッキ鋼板２を通電加熱する。【選択図】図１

Description

本発明は、メッキ鋼板の加熱方法及び加熱装置に関する。

メッキ鋼板の加熱方法として、メッキ鋼板に直接電流を流すことにより加熱する通電加熱が知られている。

ホットプレス加工されるメッキ鋼板などは焼入れ温度まで加熱されるが、加熱温度によってはメッキが一時的に溶融し、メッキ鋼板に流れる電流によって形成される磁場の影響により、溶融したメッキが電流の流れ方向と直交する方向にメッキ鋼板の板面上を流動して偏る場合がある。メッキの偏りが生じると、メッキの所期の効果が得られなくなる。

特許文献１に記載された加熱方法では、メッキの偏りを抑制する目的で、同一の２枚のメッキ鋼板の各々の板面が絶縁間隙を介して対向した状態に、２枚のメッキ鋼板が平行に配置され、これら２枚のメッキ鋼板に互いに逆位相の電流が流されて通電加熱される。

特開２０１２−１１５８６４号公報

特許文献１に記載された加熱方法は、電流の流れ方向に垂直なメッキ鋼板の断面の周囲を磁束が周回する磁場を前提としており、メッキ鋼板の板面の法線方向に流れるメッキ鋼板の左右の側縁近傍の磁束に起因して溶融したメッキが流動するものとして、平行に配置された２枚のメッキ鋼板に互いに逆位相の電流を流すことによってメッキ鋼板の左右の側縁近傍の磁束を相殺するようにしたものである。

しかし、メッキ鋼板を流れる電流が高周波である場合にはメッキ鋼板の断面の周囲を磁束が周回する磁場が形成され得るが、メッキ鋼板を流れる電流が直流又は商用電源周波数程度の比較的低周波である場合には、メッキ鋼板を流れる電流によって形成される磁場の磁束はメッキ鋼板の板面を貫く。そして、メッキ鋼板の板面を貫く磁束は溶融したメッキの流動に影響を及ぼす。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、メッキの偏りを抑制できるメッキ鋼板の加熱方法及び加熱装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様の加熱方法は、磁束がメッキ鋼板の板面を貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板に流し、前記板面との間に絶縁間隙を介して前記メッキ鋼板と平行に配置される導電板に、前記メッキ鋼板における電流の流れ方向に沿って前記メッキ鋼板とは逆位相の電流を流して前記メッキ鋼板を通電加熱する。

また、本発明の一態様の加熱装置は、メッキ鋼板を通電加熱する加熱装置であって、前記メッキ鋼板の板面との間に絶縁間隙を介して前記メッキ鋼板と平行に配置される導電板と、前記メッキ鋼板及び前記導電板を支持する支持部と、磁束がメッキ鋼板の板面を貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板に流し、且つ前記メッキ鋼板における電流の流れ方向に沿って前記メッキ鋼板とは逆位相の電流を流す電源部と、を備える。

本発明によれば、メッキの偏りを抑制できるメッキ鋼板の加熱方法及び加熱装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、加熱装置の一例の構成を示す図である。メッキ鋼板及び導電板を流れる電流によって形成される磁場を示す図である。実験例のメッキ鋼板及び導電板、メッキ鋼板と導電板との間の絶縁間隙、及び磁場の評価位置の諸元を示す図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、加熱装置の一例の構成を示す。

加熱装置１は、メッキ鋼板２を通電加熱するものである。メッキ鋼板２は、帯板状に形成されており、その板面２ｓを含む表面には、例えば亜鉛やアルミニウムなどを主たる成分として含有する防錆メッキなどのメッキ処理が施されている。

加熱装置１は、導電板３と、メッキ鋼板２及び導電板３を支持する支持部４と、支持部４に支持されたメッキ鋼板２及び導電板３に電流を流す電源部５とを備える。

導電板３はメッキ鋼板２と同様に帯板状に形成されており、導電板３の一方の板面３ｓがメッキ鋼板２の板面２ｓに略平行に対向した状態に配置され、支持部４に支持される。導電板３は、好ましくはメッキ鋼板２を覆い得る幅を有する。

メッキ鋼板２の一方の端部２ａと導電板３との間には絶縁材１０が挿入され、また、メッキ鋼板２の他方の端部２ｂと導電板３との間にはメッキ鋼板２と導電板３とを電気的に接続する導電材１１が挿入される。絶縁材１０及び導電材１１によって、導電板３とメッキ鋼板２との間に所定の絶縁間隙が設けられる。

メッキ鋼板２の通電加熱区間と導電板３との間の絶縁間隙は、両者の間で絶縁破壊が生じなければよく、例えば図示の例のように空隙で構成してもよいし、適宜な絶縁材を挿入して構成してもよい。

支持部４は、メッキ鋼板２の長手方向の一方の端部２ａを支持する電極２０及び他方の端部２ｂを支持する絶縁体２１と、電極２０に対向して配置された絶縁体２２と、絶縁体２１に対向して配置された絶縁体２３とを備える。

絶縁体２２及び絶縁体２３は、シリンダ等の適宜な駆動源２４によって昇降される。絶縁体２２は、電極２０との間にメッキ鋼板２の端部２ａ及び導電板３を挟み込み、絶縁体２３は、絶縁体２１との間にメッキ鋼板２の端部２ｂ及び導電板３に固定された導電材１１を挟み込む。それにより、所定の絶縁間隙を介して略平行に配置されたメッキ鋼板２及び導電板３は、支持部４によって保持される。

電源部５は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。電極２０、及び導電材１１に接する側とは反対側の導電板３の一方の端部３ａは、それぞれ電源部５に接続され、電極２０に接するメッキ鋼板２の端部２ａと導電板３の端部３ａ間に通電される。

メッキ鋼板２及び導電板３には各々の長手方向に電流ｉが流れ、任意の時点で、メッキ鋼板２における電流の流れ方向と導電板３における電流の流れ方向とは互いに逆向きとなる。即ち、導電板３には、メッキ鋼板２における電流の流れ方向に沿ってメッキ鋼板２とは逆位相の電流が流れる。そして、メッキ鋼板２は、通電に伴ってジュール熱を生じ、加熱される。

図２は、メッキ鋼板２及び導電板３を流れる電流によって形成される磁場を示す。

まず、メッキ鋼板２を流れる電流により、磁束が長手方向に延びるメッキ鋼板２の中心線Ｏ１を略楕円状に周回してメッキ鋼板２の板面２ｓを貫く磁場が形成される。また、導電板３を流れる電流により、磁束が長手方向に延びる導電板３の中心線Ｏ２を略楕円状に周回して導電板３の板面３ｓを貫く磁場が形成される。

ここで、電源部５が交流電源である場合に、磁束がメッキ鋼板２の板面２ｓや導電板３の板面３ｓを貫く磁場を形成し得る周波数は、例えば商用電源程度の比較的低周波数であって、概ね１００Ｈｚ以下である。

メッキ鋼板２と導電板３とを流れる電流は互いに逆位相となっているので、メッキ鋼板２を流れる電流に起因する磁場と導電板３を流れる電流に起因する磁場とは互いに反発し、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙において両磁場の磁束は、メッキ鋼板２の板面２ｓないし導電板３の板面３ｓに略沿って流れる。

メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙における磁場の磁束がメッキ鋼板２の板面２ｓに略沿って流れることにより、板面２ｓ上の溶融したメッキＣに作用するローレンツ力Ｆの作用方向は板面２ｓの法線方向に略沿うこととなる。それにより、溶融したメッキＣの流動が抑制され、メッキの偏りが抑制される。

以下に、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙における磁場をシミュレーションにより解析した実験例について説明する。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、実験例のメッキ鋼板２及び導電板３、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙、及び磁場の評価位置の諸元を示す。

メッキ鋼板２及び導電板３は、幅Ｗが２００ｍｍ、厚みＴが１ｍｍの無限長とし、周波数５０Ｈｚで１０００Ａの交流電流を流すものとした。磁場の評価位置Ｐ１は、メッキ鋼板２の板面２ｓ上でメッキ鋼板２の一方の側縁からの距離Ｌ１が５０ｍｍの位置とし、評価位置Ｐ２は、メッキ鋼板２の板面２ｓ上でメッキ鋼板２の一方の側縁からの距離Ｌ２が１０ｍｍの位置とした。

そして、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙の厚みｈを、実験例１ではｈ＝１ｍｍ、実験例２ではｈ＝２ｍｍ、実験例３ではｈ＝５ｍｍ、実験例４ではｈ＝１０ｍｍ、実験例５ではｈ＝２０ｍｍ、実験例６ではｈ＝５０ｍｍとし、実験例毎に、評価位置Ｐ１、Ｐ２の各々における磁束密度（ベクトル）Ｂの板面２ｓに平行な成分Ｂｘ及び板面２ｓに垂直な成分Ｂｙ、並びに磁束密度Ｂと板面２ｓとのなす角度θを解析した。

実験例１〜６の解析結果を表１に示す。

表１及び図３に示すように、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙の厚みｈが小さいほどに、角度θが小さくなり、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙における磁場の磁束がメッキ鋼板２の板面２ｓに沿って流れることがわかる。

絶縁間隙における磁場の磁束の流れがメッキ鋼板２の板面２ｓに沿うことにより、板面２ｓ上の溶融したメッキＣに作用するローレンツ力Ｆの作用方向は板面２ｓの法線方向に沿い、溶融したメッキＣの流動が抑制される。好ましくは、メッキ鋼板２と導電板３との間の絶縁間隙の厚みｈは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

以上、説明したとおり、本明細書に開示されたメッキ鋼板の加熱方法は、磁束がメッキ鋼板の板面を貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板に流し、前記板面との間に絶縁間隙を介して前記メッキ鋼板と平行に配置される導電板に、前記メッキ鋼板における電流の流れ方向に沿って前記メッキ鋼板とは逆位相の電流を流して前記メッキ鋼板を通電加熱する。

また、本明細書に開示されたメッキ鋼板の加熱方法は、前記通電方向の前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の一方の端部を電気的に接続し、前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の他方の端部間に通電する。

また、本明細書に開示されたメッキ鋼板の加熱方法は、前記絶縁間隙が、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

また、本明細書に開示されたメッキ鋼板の加熱装置は、メッキ鋼板を通電加熱する加熱装置であって、前記メッキ鋼板の板面との間に絶縁間隙を介して前記メッキ鋼板と平行に配置される導電板と、前記メッキ鋼板及び前記導電板を支持する支持部と、磁束がメッキ鋼板の板面を貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板に流し、且つ前記メッキ鋼板における電流の流れ方向に沿って前記メッキ鋼板とは逆位相の電流を流す電源部と、を備える。

また、本明細書に開示されたメッキ鋼板の加熱装置は、前記通電方向の前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の一方の端部を電気的に接続する接続部をさらに備え、前記電源部は、前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の他方の端部間に通電する。

また、本明細書に開示されたメッキ鋼板の加熱装置は、前記絶縁間隙が、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

１加熱装置
２メッキ鋼板
２ｓメッキ鋼板の板面
３導電板
３ｓ導電板の板面
４支持部
５電源部
１０絶縁材

Claims

磁束がメッキ鋼板の板面を貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板に流し、
前記板面との間に絶縁間隙を介して前記メッキ鋼板と平行に配置される導電板に、前記メッキ鋼板における電流の流れ方向に沿って前記メッキ鋼板とは逆位相の電流を流して前記メッキ鋼板を通電加熱する加熱方法。
請求項１記載の加熱方法であって、
通電方向の前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の一方の端部を電気的に接続し、前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の他方の端部間に通電する加熱方法。
請求項１又は２記載の加熱方法であって、
前記絶縁間隙は、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である加熱方法。
メッキ鋼板を通電加熱する加熱装置であって、
前記メッキ鋼板の板面との間に絶縁間隙を介して前記メッキ鋼板と平行に配置される導電板と、
前記メッキ鋼板及び前記導電板を支持する支持部と、
磁束がメッキ鋼板の板面を貫く磁場を生じさせる電流をメッキ鋼板に流し、且つ前記メッキ鋼板における電流の流れ方向に沿って前記メッキ鋼板とは逆位相の電流を流す電源部と、
を備える加熱装置。
請求項４記載の加熱装置であって、
通電方向の前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の一方の端部を電気的に接続する接続部をさらに備え、
前記電源部は、前記メッキ鋼板及び前記導電板の各々の他方の端部間に通電する加熱装置。
請求項４又は５記載の加熱装置であって、
前記絶縁間隙は、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である加熱装置。