JP2018193585A - ビレットの誘導加熱装置及び誘導加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操業トラブルの少ない簡易な構成でダイバータの冷却を可能にするビレットの誘導加熱装置を提供する。【解決手段】本発明に係る誘導加熱装置１００は、筒状部材１１及びコイル１２を具備し、筒状部材に挿通されたビレットＢを誘導加熱する誘導加熱手段１０と、誘導加熱手段によるビレットの誘導加熱の際、ビレットの上端面に接触し、コイルに交流電流を通電することで生成される磁束をビレットの上端面に集束させるダイバータ２０ａと、ダイバータを上下方向に昇降させる昇降手段３０と、筒状部材の下端よりも下方に位置し、冷却水を噴出する冷却ノズル４０ａとを備える。誘導加熱手段によるビレットの誘導加熱終了後に、ダイバータは、昇降手段によって筒状部材の下端を超えて冷却ノズルに対向する位置まで下降し、下降した位置において冷却ノズルから噴出する冷却水によって冷却される。【選択図】 図１

Description

本発明は、ビレットの誘導加熱装置及び誘導加熱方法に関する。特に、本発明は、操業トラブルの少ない簡易な構成でダイバータの冷却を可能にするビレットの誘導加熱装置及び誘導加熱方法に関する。

高合金等の難加工材を素材とする継目無管に好適な製造方法として、熱間押出法が知られている。この熱間押出法は、熱間押出機が備えるダイスに向けて素材である中空のビレットを押圧し、ダイスとマンドレルとの間でビレットを押出成形することで、継目無管を製造する方法である。一般的に、ビレットは、熱間押出機による熱間押出前に、誘導加熱装置によって加熱される。

従来、ビレットの誘導加熱装置として、例えば特許文献１に記載の装置が提案されている。特許文献１に記載の装置は、上下に積層した加熱コイル群内にビレットを竪に挿入し、該ビレットの両端面に対向して配置したダイバータにて前記加熱コイルが発生する磁束をビレットの両端部に集束しつつビレットを誘導加熱する装置である（特許文献１の請求項２等）。

ビレットの誘導加熱装置が備えるダイバータ（フラックスダイバータと称されることもある）は、一般的に、珪素鋼板を積層して形成されている（例えば、特許文献１の段落０００２参照）。ダイバータは、誘導加熱中のビレットの端面に接触又は近接するため、誘導加熱によってビレットが昇温すると、ビレットからの伝熱によってダイバータも昇温することになる。ダイバータの形成材料である珪素鋼板の透磁率は、高温になるにつれて低下するため、ダイバータを冷却することなく複数のビレットの誘導加熱を実行し続けると、ダイバータが過度に昇温して透磁率が低下する結果、磁束をビレットの端面に集束させる効果が低下する。磁束の集束効果が低下すると、ビレットの端部を効率的に昇温することができず、ビレットの長手方向に偏熱が生じて、後工程の熱間押出に支障が生じるおそれもある。このため、ダイバータを適宜のタイミングで冷却することが重要である。

特許文献１には、ダイバータを昇降させるための昇降ロッドを２重管構造にし、２重管の内管に冷却水を供給し、外管から冷却水を排出することで、ダイバータを冷却する手段が開示されている（特許文献１の段落００１８等）。そして、特許文献１には、ビレットを誘導加熱しながら、上記の冷却手段でダイバータを冷却することが開示されている（特許文献１の段落００２１等）。

また、特許文献２には、積層された珪素鋼板の上部よりステンレス水管により直接水冷するように構成したダイバータが提案されている（特許文献２の請求項１等）。特許文献２においても、ビレットを誘導加熱しながら、上記の冷却手段であるステンレス水管でダイバータを冷却することが提案されていると考えられる（特許文献２の段落０００９等）。

特許文献１、２に記載の装置によれば、冷却手段が正常に動作する限りにおいて、ダイバータの過度の昇温を回避することが可能である。このため、ダイバータによる磁束の集束効果が維持され、ビレットの長手方向についての偏熱を抑制可能であると考えられる。

一方、特許文献１、２に記載の装置によれば、冷却手段としてダイバータに直結されたやや複雑な水冷構造を用いているため、寿命等によってダイバータを取り替える際に、ダイバータの取り替えと同時に冷却手段も取り替えたり、冷却手段と新たなダイバータとの接続をし直す必要が生じ、メンテナンスの手間がかかったり、コストが高くなるおそれがある。
また、特許文献１、２に記載の装置によれば、ビレットを誘導加熱しながらダイバータを直接冷却するため、冷却手段から冷却水が漏れて、誘導加熱中のビレットや誘導加熱装置を構成する部材に冷却水がかかってしまい、操業トラブルに通じる可能性がある。

特開平６−１５８１５１号公報 特開平１０−１８０３４９号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、操業トラブルの少ない簡易な構成でダイバータの冷却を可能にするビレットの誘導加熱装置及び誘導加熱方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、ビレットの誘導加熱が終了した後に、誘導加熱装置の加熱用コイルよりも下方の位置にダイバータを移動させ、この移動した位置においてダイバータに対向する冷却ノズルから冷却水を噴出してダイバータを冷却することができる構成を採用すれば、ダイバータに直結された水冷構造を用いて誘導加熱中に冷却する従来技術に比べて、操業トラブルの少ない簡易な構成でダイバータの冷却が可能であることに想到した。そして、一のビレットの誘導加熱が終了し、次のビレットの誘導加熱を開始するまでの間に、冷却ノズルからの冷却水噴出によってダイバータを冷却すれば、たとえ誘導加熱中にダイバータを冷却しなくても、ダイバータによる磁束の集束効果が問題になるほど低下しないことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、上下方向軸周りに巻かれたコイルを具備し、前記コイルに交流電流を通電することで前記コイル内に挿通されるビレットを誘導加熱する誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段による前記ビレットの誘導加熱の際、前記ビレットの上端面に対向し、前記コイルに交流電流を通電することで生成される磁束を前記ビレットの上端面に集束させるダイバータと、前記ダイバータの上下方向の昇降を案内する昇降手段と、前記コイルの下端よりも下方に位置し、冷却水を噴出する冷却ノズルとを備え、前記昇降手段は、前記冷却ノズルに対向する位置まで前記ダイバータを案内可能である、ことを特徴とするビレットの誘導加熱装置を提供する。

本発明によれば、ビレットの誘導加熱終了後に、ダイバータを昇降手段で案内することによってコイルの下端を超えて冷却ノズルに対向する位置まで下降させ、該下降した位置において冷却ノズルから噴出する冷却水によってビレットを冷却することが可能である。このため、冷却水がビレットやコイルにかかる可能性を低減でき、操業トラブルの少ない簡易な構成でダイバータの冷却が可能である。

好ましくは、前記昇降手段は、下端部に前記ダイバータが脱着自在に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の伸縮フレームを具備する。

上記の好ましい構成によれば、ビレットの誘導加熱の際には、伸縮フレームが収縮することで、コイル内に挿通されたビレットの上端面にダイバータが接触する状態にすることができる一方、ビレットの誘導加熱終了後には、伸縮フレームが伸長することで、ダイバータが冷却ノズルに対向する位置まで下降することになる。ダイバータの上下方向の昇降を案内する昇降手段に伸縮フレームを採用することで、昇降手段の上下方向寸法を抑制できるため、誘導加熱装置を構成する他の部材や、誘導加熱装置以外の他の周辺機器との干渉を回避し易いという利点が得られる。

好ましくは、前記伸縮フレームは、断面多角形で断面寸法の異なる複数のフレーム片を伸縮自在に組み合わせたテレスコピック構造である。

上記の好ましい構成によれば、断面が多角形の複数のフレーム片を組み合わせて伸縮フレームが構成されているため、各フレーム片の上下方向の中心軸周りの回動が阻止され、ひいては伸縮フレームの下端部に取り付けられたダイバータの上下方向周りの回動が阻止される。このため、ビレットの誘導加熱の際に、ダイバータを安定してビレットの上端面に接触させることが可能である。

好ましくは、前記昇降手段は、前記伸縮フレームを所定の上下方向軸周りに旋回させる旋回機構を具備し、前記ダイバータは、前記伸縮フレームが収縮することによって前記コイルの上端を超えて上昇可能であり、前記旋回機構によって前記伸縮フレームが旋回することで前記コイルの上方の位置から退避した位置に移動可能である。

ダイバータは、ビレットの材質等に応じて、誘導加熱の際に使用されない場合もあり得る。上記の好ましい構成によれば、ダイバータがビレットの誘導加熱に使用されない場合に、コイルの上方の位置から退避した位置に移動させることができるため、熱によるダイバータの劣化を抑制可能である。
また、ダイバータは、ビレットの上端面の寸法等に応じて、適切なサイズのダイバータに取り替える場合がある。また、使用を繰り返すことでダイバータが劣化し、新たなダイバータに取り替える場合もある。上記の好ましい構成によれば、ダイバータを取り替える場合に、コイルの上方の位置から退避した位置にダイバータを移動させることができ、取り替え作業を安全に行うことが可能である。

好ましくは、前記ダイバータは、前記伸縮フレームに対して所定の水平方向軸周りに傾動自在に取り付けられている。

上記の好ましい構成によれば、ダイバータが水平方向軸周りに傾動自在であるため、ビレットの誘導加熱の際に、ダイバータをビレットの上端面に密着させ易いという利点が得られる。

好ましくは、前記昇降手段は、回転ドラムと、一端側が前記回転ドラムに取り付けられて前記回転ドラムに巻かれ、他端側が前記伸縮フレームに取り付けられたワイヤと、前記回転ドラムを回転駆動する回転駆動手段とを具備し、前記伸縮フレームは、前記ワイヤの他端側の上下方向の位置に応じて伸縮し、前記回転駆動手段は、前記ダイバータを上下方向の目標位置に位置決めするために、前記ダイバータの前記目標位置に応じた前記伸縮フレームの伸縮量が得られるように、前記回転ドラムの回転量を制御する。

上記の好ましい構成によれば、回転駆動手段によって回転ドラムの回転量が制御されることで、ダイバータを上下方向の目標位置（例えば、冷却ノズルに対向する位置や、コイルの上端を超えて上昇した位置など）に自動的に位置決め可能である。

好ましくは、前記誘導加熱手段は、前記ビレットの誘導加熱の際に前記コイルの上端開口を閉塞するための閉塞部材を具備する。

上記の好ましい構成によれば、閉塞部材によってコイルの上端開口を閉塞することで、ビレットの誘導加熱の際に、放熱によるビレットの上端部の温度低下を抑制可能である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、上記の何れかに記載のビレットの誘導加熱装置を用いてビレットを誘導加熱する方法であって、前記誘導加熱手段によって前記ビレットを誘導加熱する工程と、前記ビレットの誘導加熱終了後に、前記ダイバータを前記昇降手段で案内することで、前記ダイバータを前記コイルの下端を超えて前記冷却ノズルに対向する位置まで下降させる工程と、前記下降した位置において前記冷却ノズルから噴出する冷却水によって前記ビレットを冷却する工程と、を含むことを特徴とするビレットの誘導加熱方法としても提供される。

本発明に係るビレットの誘導加熱装置及び誘導加熱方法によれば、操業トラブルの少ない簡易な構成でダイバータの冷却が可能である。

本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を模式的に且つ部分的に断面で示す正面図である。 図１に示す誘導加熱装置の動作の概要を示す説明図である。 図１に示す旋回機構及び回転ドラムの動作の概要を示す説明図である。 図１に示す上ダイバータの取り付け構造の詳細を示す説明図である。 図１に示す閉塞部材の詳細を示す説明図である。 回転駆動手段を説明する説明図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係るビレットの誘導加熱装置（以下、適宜、単に「誘導加熱装置」という）について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を模式的に且つ部分的に断面で示す正面図である。図１は、本実施形態に係る誘導加熱装置１００によってビレットＢを誘導加熱している状態を図示している。
図１に示すように、本実施形態に係る誘導加熱装置１００は、誘導加熱手段１０と、ダイバータ２０と、昇降手段３０と、冷却ノズル４０とを備えている。なお、本実施形態に係る誘導加熱装置１００は、上下一対のダイバータ２０を備えているため、上側に位置するダイバータ２０を上ダイバータ２０ａと称し、下側に位置するダイバータ２０を下ダイバータ２０ｂと称する。特許請求の範囲においてその特徴を規定しているダイバータは、上ダイバータ２０ａである。また、本実施形態に係る誘導加熱装置１００は、冷却ノズル４０を上下にそれぞれ一対ずつ備えているため、上側に位置する一対の冷却ノズル４０を上冷却ノズル４０ａと称し、下側に位置する一対の冷却ノズル４０を下冷却ノズル４０ｂと称する。特許請求の範囲においてその特徴を規定している冷却ノズルは、上冷却ノズル４０ａである。
また、本実施形態に係る誘導加熱装置１００は、下ダイバータ２０ｂを昇降させるための油圧シリンダ５０を備えている。

誘導加熱手段１０は、筒状部材１１と、コイル１２と、交流電源１３とを具備する。また、本実施形態の誘導加熱手段１０は、好ましい構成として、閉塞部材１４を具備する。
筒状部材１１は、その中心軸Ｃが上下方向に沿うように配置されている。筒状部材１１は、コイル１２を固定する役割を有する。また、筒状部材１１は、ビレットＢがコイル１２と接触する等して、ビレットＢ及びコイル１２にきずが発生することを防ぐ役割等も有する。
コイル１２は、筒状部材１１の中心軸Ｃ周りに巻かれている。本実施形態のコイル１２は、筒状部材１１の外周面に沿って巻かれている。
交流電源１３は、コイル１２に接続され、コイル１２に所定周波数の交流電流を通電する。図１に示すように、筒状部材１１内にビレットＢが挿通された状態（コイル１２内にビレットＢが挿通された状態）で、交流電源１３によってコイル１２に交流電流を通電することで、ビレットＢは誘導加熱される。すなわち、コイル１２に交流電流を通電することで、筒状部材１１の中心軸Ｃ（コイル１２の中心軸）方向に延びる磁束が生成され、その磁束の時間的変化に応じてビレットＢ内に生じる渦電流により、ビレットＢは加熱される。

上ダイバータ２０ａは、誘導加熱手段１０によるビレットＢの誘導加熱の際、ビレットＢの上端面に対向（接触又は近接）し、コイル１２に交流電流を通電することで生成される磁束をビレットの上端面に集束させる機能を有する。本実施形態では、図１に示すように、誘導加熱手段１０によるビレットＢの誘導加熱の際、上ダイバータ２０ａは、ビレットＢの上端面に接触する。
下ダイバータ２０ｂも同様に、誘導加熱手段１０によるビレットＢの誘導加熱の際、ビレットＢの下端面に対向（接触）し、コイル１２に交流電流を通電することで生成される磁束をビレットの下端面に集束させる機能を有する。
上ダイバータ２０ａ及び下ダイバータ２０ｂとしては、珪素鋼板を積層して形成された公知の構成のダイバータを用いることができる。

昇降手段３０は、上ダイバータ２０ａの昇降を案内する手段である。
本実施形態の昇降手段３０は、下端部に上ダイバータ２０ａが脱着自在に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の伸縮フレーム３１を具備する。具体的には、本実施形態の伸縮フレーム３１は、断面多角形で断面寸法の異なる複数のフレーム片を伸縮自在に組み合わせたテレスコピック構造である。より具体的には、本実施形態の伸縮フレーム３１は、断面四角形で断面寸法が順に小さくなる３つのフレーム片３１ａ、３１ｂ、３１ｃを伸縮自在に組み合わせたテレスコピック構造である。上ダイバータ２０ａは、フレーム片３１ｃの下端部に取り付けられている。

また、本実施形態の昇降手段３０は、伸縮フレーム３１を所定の上下方向軸（図１に示す上下方向軸Ｎ）周りに旋回させる旋回機構３２を具備する。具体的には、本実施形態の旋回機構３２は、伸縮フレーム３１を構成するフレーム片３１ａに取り付けられた水平方向に延びるアーム部３２ａを有し、アーム部３２ａを上下方向軸Ｎ周りに旋回させることで、フレーム片３１ａ、ひいては伸縮フレーム３１全体を上下方向軸Ｎ周りに旋回可能である。

さらに、本実施形態の昇降手段３０は、回転ドラム３３と、ワイヤ３４とを具備する。本実施形態の回転ドラム３３は、旋回機構３２のアーム部３２ａと連結している。ワイヤ３４の一端側（図１の左側）は、回転ドラム３３に取り付けられて回転ドラム３３に巻かれている。ワイヤ３４の他端側（図１の右側）は、伸縮フレーム３１に取り付けられている。具体的には、本実施形態のワイヤ３４の他端側は、滑車３５を介して、伸縮フレーム３１を構成するフレーム片３１ｃの上端面に取り付けられている。回転ドラム３３には、ハンドル３３ａが設けられており、作業者はハンドル３３ａを用いて回転ドラム３３を水平方向に延びる中心軸３３ｂ（後述の図３（ａ）参照）周りに回転可能である。
例えば、ハンドル３３ａを用いて、ワイヤ３４を回転ドラム３３に巻き取る方向に回転ドラム３３を回転させることで、ワイヤ３４の他端側は上昇し、フレーム片３１ｃも上昇する。これにより、伸縮フレーム３１は、ワイヤ３４の他端側の上下方向の位置に応じて収縮する。そして、伸縮フレーム３１の収縮量（フレーム片３１ｃの上端面の上昇量）に応じて、上ダイバータ２０ａも上昇することになる。
逆に、ハンドル３３ａを用いて、ワイヤ３４を回転ドラム３３から巻き出す方向に回転ドラム３３を回転させることで、ワイヤ３４の他端側は下降し、フレーム片３１ｃも下降する。これにより、伸縮フレーム３１は、ワイヤ３４の他端側の上下方向の位置に応じて伸長する。そして、伸縮フレーム３１の伸長量（フレーム片３１ｃの上端面の下降量）に応じて、上ダイバータ２０ａも下降することになる。

上冷却ノズル４０ａは、筒状部材１１の下端よりも下方（コイル１２の下端よりも下方）に位置し、後述のように、下降した上ダイバータ２０ａに向けて冷却水を略水平方向に噴出する。
下冷却ノズル４０ｂは、上冷却ノズル４０ａよりも下方に位置し、後述のように、下降した下ダイバータ２０ｂに向けて冷却水を略水平方向に噴出する。
本実施形態では、上冷却ノズル４０ａを一対備えているが、本発明はこれに限るものではなく、1つであっても良いし、３つ以上であってもよい。下冷却ノズル４０ｂについても同様である。

以下、上記の構成を有する誘導加熱装置１００の動作（誘導加熱装置１００を用いた誘導加熱方法）について説明する。
図２は、誘導加熱装置１００の動作の概要を示す説明図である。誘導加熱装置１００は、図２（ａ）〜図２（ｆ）の順に動作する。なお、図２では、便宜上、コイル１２等の図示を適宜省略しているが、実際には誘導加熱装置１００は、図１を用いて説明した各構成要素を有する。
まず、図２（ａ）に示すように、適宜の搬送手段（図示せず）によってビレットＢが矢符の方向から誘導加熱手段１０の下方の位置に搬入され、ビレットＢの下端面が下ダイバータ２０ｂに接触する状態となる。
次いで、図２（ｂ）に示すように、油圧シリンダ５０を伸長させることで、油圧シリンダ５０の上端部に取り付けられた下ダイバータ２０ｂが上昇し、下ダイバータ２０ｂに接触するビレットＢも上昇する。そして、ビレットＢの上端面が上ダイバータ２０ａにも接触する状態となる。

ビレットＢの上端面が上ダイバータ２０ａにも接触した状態から油圧シリンダ５０を更に伸長させることで、図２（ｃ）に示すように、ビレットＢが更に上昇する。このビレットＢの上昇の際、昇降手段３０の伸縮フレーム３１は収縮する。具体的には、伸縮フレーム３１を構成するフレーム片３１ａ〜３１ｃのうち、最も下側に位置するフレーム片３１ｃが上ダイバータ２０ａに押されて上昇し、フレーム片３１ｂに挿通されていく。そして、フレーム片３１ｃがフレーム片３１ｂに完全に挿通された（フレーム片３１ｃの下端面とフレーム片３１ｂの下端面とが一致した）後には、フレーム片３１ｂ及びフレーム片３１ｃの双方が上ダイバータ２０ａに押されて上昇し、フレーム片３１ａに挿通されていく。そして、図２（ｃ）に示すように、ビレットＢは、誘導加熱手段１０の筒状部材１１に挿通された状態（コイル１２に挿通された状態）となる。この状態で、ビレットＢは、誘導加熱手段１０によって誘導加熱される。

誘導加熱手段１０によるビレットＢの誘導加熱終了後、図２（ｄ）に示すように、油圧シリンダ５０を収縮させることで、油圧シリンダ５０の上端部に取り付けられた下ダイバータ２０ｂが下降し、下ダイバータ２０ｂに接触するビレットＢも下降する。このビレットＢの下降の際、昇降手段３０の伸縮フレーム３１が、前述した収縮の場合と逆の順序で伸長し、これに応じて上ダイバータ２０ａが下降する。
そして、図２（ｅ）に示すように、上ダイバータ２０ａは、筒状部材１１の下端を超えて（コイル１２の下端を超えて）上冷却ノズル４０ａに水平方向に対向する位置まで下降する。具体的には、本実施形態では、伸縮フレーム３１が最も伸長した状態で、上ダイバータ２０ａが上冷却ノズル４０ａに対向する位置となる。一方、下ダイバータ２０ｂは、油圧シリンダ５０を収縮させることで、下冷却ノズル４０ｂに水平方向に対向する位置まで下降する。そして、ビレットＢは、搬送手段によって図２（ｅ）の矢符の方向に搬出され、熱間押出に供される。

上ダイバータ２０ａが上冷却ノズル４０ａに対向する位置に到達し、下ダイバータ２０ｂが下冷却ノズル４０ｂに対向する位置に到達し、なお且つ、ビレットＢが搬出された状態で、図２（ｆ）に示すように、上ダイバータ２０ａは上冷却ノズル４０ａから噴出する冷却水Ｗによって冷却され、下ダイバータ２０ｂは下冷却ノズル４０ｂから噴出する冷却水Ｗによって冷却される。上冷却ノズル４０ａによる上ダイバータ２０ａの冷却、及び、下冷却ノズル４０ｂによる下ダイバータ２０ｂの冷却は、次に誘導加熱されるビレットＢを誘導加熱手段１０の下方の位置に搬入する動作を開始するまでの間に適宜実施すればよい。すなわち、ダイバータ２０の昇温状況や冷却ノズル４０の仕様などに応じて冷却時間や冷却水量等の冷却条件を適宜設定すればよい。また、上ダイバータ２０ａの冷却条件と下ダイバータ２０ｂの冷却条件は同一であっても異なってもよい。

以上に説明した図２（ａ）〜図２（ｆ）の動作において、上ダイバータ２０ａは、ビレットＢに押し上げられることにより上昇し（なお、ビレットＢは下ダイバータ２０ｂを介して油圧シリンダ５０により上昇する）、ビレットＢの下降により下降し、昇降手段３０の伸縮フレーム３１が最も伸長した時点で停止する。この間、昇降装置３０の伸縮フレーム３１はフリーに伸縮できる状態である。

以上に説明した本実施形態に係る誘導加熱装置１００の構成及び動作によれば、ビレットＢの誘導加熱終了後に、上ダイバータ２０ａは、昇降手段３０によって案内されながら筒状部材１１の下端を超えて（コイル１２の下端を超えて）上冷却ノズル４０ａに対向する位置まで下降し、該下降した位置において上冷却ノズル４０ａから噴出する冷却水Ｗによって冷却される。このため、冷却水ＷがビレットＢやコイル１２にかかる可能性を低減でき、操業トラブルの少ない簡易な構成で上ダイバータ２０ａの冷却が可能である。下ダイバータ２０ｂについても同様である。
また、本実施形態に係る誘導加熱装置１００では、昇降手段３０に伸縮フレーム３１を採用することで、昇降手段３０の上下方向寸法を抑制できるため、誘導加熱装置１００を構成する他の部材や、誘導加熱装置１００以外の他の周辺機器との干渉を回避し易いという利点を有する。
さらに、本実施形態に係る誘導加熱装置１００では、伸縮フレーム３１が、断面四角形で断面寸法が順に小さくなる３つのフレーム片３１ａ、３１ｂ、３１ｃを伸縮自在に組み合わせたテレスコピック構造であるため、各フレーム片３１ａ〜３１ｃの上下方向の中心軸周りの回動が阻止され、ひいては伸縮フレーム３１の下端部に取り付けられた上ダイバータ２０ａの上下方向周りの回動が阻止される。このため、ビレットＢの誘導加熱の際に、上ダイバータ２０ａを安定してビレットＢの上端面に接触させることが可能である。

以下、本実施形態に係る誘導加熱装置１００のその他の好ましい構成及び動作について順次説明する。
図３は、旋回機構３２及び回転ドラム３３の動作の概要を示す説明図である。図３（ａ）は平面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）の矢符Ａの方向から見た部分的に断面で示す正面図である。
前述のように、本実施形態の昇降手段３０は、伸縮フレーム３１を上下方向軸Ｎ周りに旋回させる旋回機構３２を具備する。具体的には、例えばモータ等を具備する回転駆動手段によって、旋回機構３２が有するアーム部３２ａを上下方向軸Ｎ周りに旋回させることで、伸縮フレーム３１を上下方向軸Ｎ周りに旋回可能である。この際、アーム部３２ａと連結している回転ドラム３３、ひいてはワイヤ３４及び滑車３５も伸縮フレーム３１と同時に旋回することになる。

図３（ｂ）に示すように、上ダイバータ２０ａは、伸縮フレーム３１が収縮することによって筒状部材１１の上端を超えて（コイル１２の上端を超えて）上昇可能である。具体的には、例えば、作業者が、ハンドル３３ａを用いて、ワイヤ３４を回転ドラム３３に巻き取る方向に回転ドラム３３を回転させることで、伸縮フレーム３１が収縮し、上ダイバータ２０ａを筒状部材１１の上端を超えて上昇させることが可能である。そして、この状態で、図３（ａ）に示すように、旋回機構３２によって伸縮フレーム３１を旋回させることで、上ダイバータ２０ａを筒状部材１１の上方（コイル１２の上方）の位置（図３（ａ）に実線で示す位置）から退避した位置（図３（ａ）に破線で示す位置）に移動させることが可能である。

ダイバータ２０は、ビレットＢの材質等に応じて、誘導加熱の際に使用されない場合もあり得る。上記の旋回機構３２及び回転ドラム３３の動作によれば、上ダイバータ２０ａがビレットＢの誘導加熱に使用されない場合に、筒状部材１１の上方の位置から退避した位置に移動させることができるため、熱による上ダイバータ２０ａの劣化を抑制可能である。
また、ダイバータ２０は、ビレットＢの端面の寸法等に応じて、適切なサイズのダイバータ２０に取り替える場合がある。また、使用を繰り返すことでダイバータ２０が劣化し、新たなダイバータ２０に取り替える場合もある。上記の旋回機構３２及び回転ドラム３３の動作によれば、上ダイバータ２０ａを取り替える場合に、筒状部材１１の上方の位置から退避した位置に上ダイバータ２０ａを移動させることができる。例えば、退避した位置に作業用デッキを設ければ、作業者はその作業用デッキ上で取り替え作業を安全に行うことが可能である。

図４は、上ダイバータ２０ａの取り付け構造の詳細を示す説明図である。図４（ａ）は正面図を、図４（ｂ）は側面視断面図を示す。
図４に示すように、上ダイバータ２０ａは、取付用治具６０に固着されており、この取付用治具６０を介して伸縮フレーム３１のフレーム片３１ｃの下端部に取り付けられている。具体的には、取付用治具６０とフレーム片３１ｃとがボルト６１及びナット６２で締結されることにより、上ダイバータ２０ａは、フレーム片３１ｃに脱着自在に取り付けられている。取付用治具６０には、ボルト６１の軸Ｈ方向に直交する水平方向に延びる長穴６３が形成されており、ボルト６１は、この長穴６３を貫通し、更にフレーム片３１ｃを貫通した状態でナット６２と螺合している。長穴６３の長手方向（図４（ａ）の左右方向）の寸法のみならず、長穴６３の幅方向（図４（ａ）の上下方向）の寸法も、ボルト６１の軸径よりも大きく形成されている。これにより、取付用治具６０は、伸縮フレーム３１のフレーム片３１ｃに対して、ボルト６１の軸Ｈ周りに傾動自在であり、取付用治具６０に固着された上ダイバータ２０ａもボルト６１の軸Ｈ周りに傾動自在となる。
上記の上ダイバータ２０ａの取り付け構造によれば、上ダイバータ２０が所定の水平方向軸（本実施形態ではボルト６１の軸Ｈ）周りに傾動自在であるため、ビレットＢの誘導加熱の際に、上ダイバータ２０ａをビレットＢの上端面に密着させ易いという利点が得られる。

図５は、閉塞部材１４の詳細を示す説明図である。図５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）は閉塞部材１４によって筒状部材１１の上端開口１１ａを閉塞している状態を示す平面図であり、図５（ｃ）は閉塞部材１４による閉塞を解除した状態を示す平面図である。
図５に示すように、誘導加熱手段１０は、ビレットＢの誘導加熱の際にコイル１２（図５には図示せず）の上端開口を閉塞するための閉塞部材１４を具備する。本実施形態では、コイル１２が筒状部材１１の外周面に沿って巻かれているため、閉塞部材１４は、筒状部材１１の上端開口１１ａを閉塞する構成とされている。具体的には、本実施形態では、筒状部材１１の上端開口１１ａが円形であり、これに応じて本実施形態の閉塞部材１４は、２分割された半円状の閉塞部材片１４ａ、１４ｂから構成されている。そして、各閉塞部材片１４ａ、１４ｂを組み合わせた状態（図５（ｂ）に示す状態）で、閉塞部材１４の外径が筒状部材１１の上端開口１１ａの径よりも大きくなっている。また、各閉塞部材片１４ａ、１４ｂを組み合わせた状態で、閉塞部材１４の内側に、フレーム片３１ｂと略同等以上の寸法である開口部が形成されている。以上の構成により、閉塞部材１４は、各閉塞部材片１４ａ、１４ｂを組み合わせた場合に、伸縮フレーム３１（フレーム片３１ｂ、３１ｃ）を挿通した状態で、筒状部材１１の上端開口１１ａを閉塞することが可能である。すなわち、図１に示すようなビレットＢの誘導加熱の際に筒状部材１１の上端開口１１ａを閉塞することが可能である。これにより、ビレットＢの誘導加熱の際に、放熱によるビレットＢの上端部の温度低下を抑制可能である。
ビレットＢの誘導加熱終了後には、図５（ｃ）に示すように、各閉塞部材片１４ａ、１４ｂを互いに離反させて組み合わせを解除すればよい。これにより、上ダイバータ２０ａを取り替える際等において、上ダイバータ２０ａを筒状部材１１の上端開口１１ａより上方に移動させても、閉塞部材１４が干渉するおそれがない。
筒状部材１１の上端開口１１ａへの閉塞部材１４の着脱（各閉塞部材片１４ａ、１４ｂの組み合わせ・解除）は作業者が手動で行っても良いし、各閉塞部材片１４ａ、１４ｂの駆動機構を設けて自動で行うことも可能である。

図６は、回転駆動手段を説明する説明図である。
図６に示すように、本実施形態に係る誘導加熱装置１００は、好ましい構成として、回転ドラム３３を回転駆動する回転駆動手段７０を備えることも可能である。回転駆動手段７０は、上ダイバータ２０ａの上下方向の目標位置（例えば、上冷却ノズル４０ａに対向する位置や、図３（ｂ）に示す筒状部材１１の上端を超えて上昇した位置など）に応じた伸縮フレーム３１の伸縮量が得られるように回転ドラム３３の回転量を制御する。
具体的には、例えば、回転駆動手段７０は、以下に述べる所定の演算を行うためのプログラムがインストールされた汎用のコンピュータから構成された制御手段７１と、モータ等の駆動手段７２とを具備する。制御手段７１には、作業者の手入力によって又は上位のプロセスコンピュータからの送信によって、上ダイバータ２０ａの上下方向の目標位置が入力される。制御手段７１は、入力された上ダイバータ２０ａの目標位置に応じた伸縮フレーム３１の伸縮量（換言すれば、ワイヤ３４の巻き取り量又は巻き出し量）を算出し、この伸縮量（巻き取り量又は巻き出し量）を得るために必要な回転ドラム３３の回転量（回転角度）を算出する。そして、制御手段７１は、この算出結果を回転指示信号として駆動手段７２に送信する。駆動手段７２は、送信された回転指示信号に応じて回転ドラム３３を回転させる。回転ドラム３３には、エンコーダ等の回転量検出センサ（図示せず）が取り付けられており、この回転量検出センサで検出した回転ドラム３３の回転量検出値が制御手段７１に逐次入力される。制御手段７１は、入力された回転量検出値が、上記算出された回転量に到達した時点で、回転ドラム３３の回転を停止するように、回転停止指示信号を駆動手段７２に送信する。なお、エンコーダ等の回転量検出センサを駆動手段７２に取り付けて、駆動手段７２の回転量検出値を制御手段７１に入力するように構成してもよい。
上記のように、回転駆動手段７０によって回転ドラム３３の回転量が制御されることで、上ダイバータ２０ａを上下方向の目標位置に自動的に位置決め可能である。このため、誘導加熱の際に、上ダイバータ２０ａをビレットＢの上端面に接触させる図１に示す実施形態に加え、上ダイバータ２０ａをビレットＢの上端面に所定距離だけ隔てて配置（近接させて配置）する実施形態も可能となる。また、作業者がハンドル３３ａを操作する必要もなく、作業が簡便になるという利点が得られる。

１０・・・誘導加熱手段
１１・・・筒状部材
１２・・・コイル
１４・・・閉塞部材
２０ａ・・・上ダイバータ（ダイバータ）
３０・・・昇降手段
３１・・・伸縮フレーム
３２・・・旋回機構
３３・・・回転ドラム
３４・・・ワイヤ
４０ａ・・・上冷却ノズル（冷却ノズル）
６０・・・取付用治具
１００・・・誘導加熱装置
Ｂ・・・ビレット

Claims (8)

1. 上下方向軸周りに巻かれたコイルを具備し、前記コイルに交流電流を通電することで前記コイル内に挿通されるビレットを誘導加熱する誘導加熱手段と、
   前記誘導加熱手段による前記ビレットの誘導加熱の際、前記ビレットの上端面に対向し、前記コイルに交流電流を通電することで生成される磁束を前記ビレットの上端面に集束させるダイバータと、
   前記ダイバータの上下方向の昇降を案内する昇降手段と、
   前記コイルの下端よりも下方に位置し、冷却水を噴出する冷却ノズルとを備え、
   前記昇降手段は、前記冷却ノズルに対向する位置まで前記ダイバータを案内可能である、
   ことを特徴とするビレットの誘導加熱装置。
2. 前記昇降手段は、下端部に前記ダイバータが脱着自在に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の伸縮フレームを具備する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のビレットの誘導加熱装置。
3. 前記伸縮フレームは、断面多角形で断面寸法の異なる複数のフレーム片を伸縮自在に組み合わせたテレスコピック構造である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のビレットの誘導加熱装置。
4. 前記昇降手段は、前記伸縮フレームを所定の上下方向軸周りに旋回させる旋回機構を具備し、
   前記ダイバータは、前記伸縮フレームが収縮することによって前記コイルの上端を超えて上昇可能であり、前記旋回機構によって前記伸縮フレームが旋回することで前記コイルの上方の位置から退避した位置に移動可能である、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のビレットの誘導加熱装置。
5. 前記ダイバータは、前記伸縮フレームに対して所定の水平方向軸周りに傾動自在に取り付けられている、
   ことを特徴とする請求項２から４の何れかに記載のビレットの誘導加熱装置。
6. 前記昇降手段は、回転ドラムと、一端側が前記回転ドラムに取り付けられて前記回転ドラムに巻かれ、他端側が前記伸縮フレームに取り付けられたワイヤと、前記回転ドラムを回転駆動する回転駆動手段とを具備し、
   前記伸縮フレームは、前記ワイヤの他端側の上下方向の位置に応じて伸縮し、
   前記回転駆動手段は、前記ダイバータを上下方向の目標位置に位置決めするために、前記ダイバータの前記目標位置に応じた前記伸縮フレームの伸縮量が得られるように、前記回転ドラムの回転量を制御する、
   ことを特徴とする請求項２から５の何れかに記載のビレットの誘導加熱装置。
7. 前記誘導加熱手段は、前記ビレットの誘導加熱の際に前記コイルの上端開口を閉塞するための閉塞部材を具備する、
   ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のビレットの誘導加熱装置。
8. 請求項１から７の何れかに記載のビレットの誘導加熱装置を用いてビレットを誘導加熱する方法であって、
   前記誘導加熱手段によって前記ビレットを誘導加熱する工程と、
   前記ビレットの誘導加熱終了後に、前記ダイバータを前記昇降手段で案内することで、前記ダイバータを前記コイルの下端を超えて前記冷却ノズルに対向する位置まで下降させる工程と、
   前記下降した位置において前記冷却ノズルから噴出する冷却水によって前記ビレットを冷却する工程と、
   を含むことを特徴とするビレットの誘導加熱方法。

Images