JP3284810B2 - 浮揚溶解装置の誘導コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、導電性の被溶解材を
交番磁界中に置いて電磁誘導作用によって誘導加熱する
とともに、磁界を所定の分布にして被溶解材に電磁力に
よる浮揚力を与えて浮揚状態で溶解することによって高
純度の材料を得ることのできる浮揚溶解装置の誘導コイ
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】浮揚溶解装置は、所定の分布になるよう
に生成された交番磁界中に溶解される材料を置き、誘導
加熱と電磁力による浮揚力の双方を同時に与えて、被溶
解材を浮かせてるつぼなど他の物に接触しない状態で溶
解させて所定の材質の素材を得る装置である。溶解時に
他の物と接触しないために異物の混入が極めて少ないこ
と、融点の高い材料でも溶解が可能であること、熱伝導
損失が小さいこと、などの特長があることから、高融点
でしかも高純度が要求される材料、例えば、チタニウ
ム、ジルコニウムなどの溶解処理に用いられる。

【０００３】図４は従来の浮揚溶解装置の縦断面斜視図
であり、特開平６−９６８５３号公報に示したものと基
本的に同じである。るつぼ１は多数のセグメント１１が
周方向に重ねられたもので釣鐘を反対にした形状をして
おり、下部ほど径が小さく絞られた形状をしている。セ
グメント１１は良導体からなり、隣り合うセグメント１
１間は図では単に隙間１２が空いているように図示して
あるが、絶縁物が挟まっているのが実際である。したが
って、それぞれのセグメント１１は互いには絶縁されて
いる。図では１６本のセグメント１１からるつぼ１が形
成されており、手前の半分の８本のセグメント１１を省
略してるつぼ１の中が図示されるようにしてある。るつ
ぼ１の中には浮揚状態にある被溶解材５を図示してあ
る。るつぼ１の外側には２つの誘導コイル、第１の誘導
コイル２１と第２の誘導コイル２２とが軸方向に積み重
ねられてるつぼ１と同軸配置で配置されている。るつぼ
１の最下部には溶解状態にある被溶解材５を外部に取り
出す取り出し口１３が設けられている。るつぼ１の形状
には図示した釣鐘状のものの他に、下部の絞られた部分
が円錐状のものもある。

【０００４】第１と第２の誘導コイル２１，２２に数ｋ
Ｈｚ乃至数十ｋＨｚの高周波交流電流を流すと、電磁誘
導作用によってそれぞれのセグメント１１及びるつぼ１
の中の被溶解材５に渦電流が流れ、被溶解材５に熱が発
生して温度が上がりついには溶解状態になる一方で、誘
導コイル２１，２２の電流やるつぼ１と被溶解材５との
それぞれの渦電流の間に発生する電磁力によって、被溶
解材５に浮揚力と横絞り力とが生ずる。

【０００５】図示のようにるつぼ１の形状が下ほど絞ら
れて径が小さい形状になっているので、るつぼ１の中の
磁界分布も下が絞られ上に向かって開いた分布になって
いる。このような分布の交番磁界の中にある導体は周知
のように上に向かう電磁力、すなわち浮揚力が働く。一
方、被溶解材５の側面に流れる渦電流は被溶解材５に熱
を発生させる主な成分であるが、一方で被溶解材５の半
径を小さくしようとする横絞力を発生させる。すなわ
ち、被溶解材５の側面に流れる渦電流とるつぼ１の内面
に流れる渦電流とが互いに反発する力を発生させ、この
反発力が横絞力となる。

【０００６】それぞれのセグメント１１にはこれらを冷
却するための図示しない冷却孔が設けられており、ま
た、誘導コイル２１，２２を構成するコイル導体２００
にも冷却孔２１０が設けられている。この図の右上のコ
イル導体２００だけ断面形状を示してあるが、他のコイ
ル導体２００の断面は全てこれと同じである。コイル導
体２００は正方形で冷却孔２１０も同じ正方形でコイル
導体２００の肉厚は一定である。コイル導体２００の断
面寸法は浮揚溶解装置の仕様によって異なるが、おおよ
そ、外側の辺の長さが８〜２０mm、厚みは１〜２mmであ
る。第１の誘導コイル２１とこれに電流を供給する交流
電源３１は主に被溶解材５への損失供給と横絞力の発生
を、第２の誘導コイル２２とこれに電流を供給する交流
電源３２は主に被溶解材５への浮揚力の発生を担ってお
り、周波数のおおよその値は、交流電源３１が数十ｋＨ
ｚ、交流電源３２が数ｋＨｚである。

【０００７】図５は２つの誘導コイル２１，２２の引き
出しリード側からみた立面図であり、るつぼ１は破線で
概略の形を図示してある。第１の誘導コイル２１の上端
からは引き出しリード２１１が、下端からは引き出しリ
ード２１２が、また、第２の誘導コイル２２の上下端か
らそれぞれ引き出しリード２２１と２２２とが引き出さ
れている。これら４本の引き出しリード２１１，２１
２，２２１，２２２は単に断面で図示してあるが、実際
には交流電源３１，３２との接続端子であり、また、冷
却孔２１０に冷却水を流すための給水端子でもある図示
しない端子金具に接続されている。引き出しリード２１
２と引き出しリード２２１とは誘導コイルをより密に巻
回するために近接して引き出されている。なお、図では
コイル導体２００の図の上下方向である軸方向に大きな
隙間を開けて図示してあるが、実際にはコイル導体２０
０に設けられた図示しない絶縁被覆を挟んで密に巻回さ
れた構造になっている。

【０００８】図６は引き出しリード２１２，２２１とこ
れらに連なるコイル導体２００だけの平面図である。図
５では上から４番目のターンになる。この図において、
引き出しリード２１２，２２１は大きな曲率半径で曲げ
て周方向から半径方向に向きを変えて引き出す構造が採
用される。その理由は、引き出しリード２１２，２２１
はそれぞれの誘導コイルの巻き始め巻き終わりでもある
のでコイル導体２００を流用したものとなっており、そ
して、コイル導体２００は前述のように、割合太い断面
寸法と割合薄い肉厚の管状をしているので、余り小さな
曲率半径で曲げるのは困難であり、冷却孔２１０を押し
つぶすことなく曲げるには図示のように大きな曲率半径
で折り曲げる必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
ように、引き出しリード２１２，２２１が実際に引き出
される位置の間には大きな隙間４ができている。この図
ではこの隙間４から見える第２の誘導コイル２２を示し
てある。このような隙間４は磁界発生の点からは無駄の
部分となっており、被溶解材５に前述の渦電流損や電磁
力を発生させる上での効率を悪くしているという問題が
ある。

【００１０】この発明の目的はこのような問題を解決
し、大きな曲率半径で引き出しリードを引き出すため生
ずる周方向の隙間を小さくして被溶解材の渦電流損や電
磁力発生の効率を改善した浮揚溶解装置の誘導コイルを
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、良導体からなるセグメントが絶縁
物を挟んで周方向に重ねられて、下部になるほど径が小
さくなる軸対象形状のるつぼ、このるつぼの外周に配置
されたるつぼと同じ軸に軸対象に配置されコイル導体が
軸方向に積み重ねて形成された第１と第２の２つの誘導
コイル及びこれらの誘導コイルにそれぞれ異なる周波数
の高周波電流を供給する第１と第２の２つの交流電源か
らなる浮揚溶解装置の、前記第１と第２の誘導コイルが
１つのコイルとして巻回され、これら２つの誘導コイル
の第１と第２の誘導コイルとの境界位置から共通の引き
出しリードである共通リードが引き出されるとともに、
この共通リードに冷却水が供給される冷却孔を設けるも
のとする。

【００１２】

【作用】この発明の構成において、第１と第２の誘導コ
イルを１つのコイルとして連続して巻回し、２つの誘導
コイルの境界となる位置から共通の引き出しリードであ
る共通リードを１本引き出した構成を採用することによ
って、第１の誘導コイルの下端の引き出しリードと第２
の誘導コイルの上端の引き出しリードとをこの共通リー
ドで共用することになって、引き出しリードを曲げて引
き出すために生ずる周方向の隙間がなくなる。また、共
通リードに冷却孔を設けて独立して冷却水を供給する構
成を採用することによって、共通リードを効率良く冷却
できるとともに、第１と第２の誘導コイルのコイル導体
とは直接関係しない冷却構造になる。

【００１３】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示す誘導コイルの立面図、図
２は誘導コイルの一部の平面図であり、図５、図６と同
じ部材には共通の符号を付けて重複する説明は省く。こ
れらの図の図５、図６と異なる点は、第１の誘導コイル
２１Ａと第２の誘導コイル２２Ａとは同じコイル導体２
００で連続して巻回して１つのコイルとし、代わりに、
図５、図６の２本の隣接する引き出しリード２２１、２
１２の代わり、共通リード２０１の１本だけを引き出し
た構成を採用している点である。

【００１４】図４の交流電源３１は図１の引き出しリー
ド２１１と共通リード２０１に接続され、交流電源３２
は共通リード２０１と引き出しリード２２２との間に接
続される。２つの交流電源３１，３２が共通リード２０
１で接続される回路構成になるが、共通リード２０１と
これに接続される導体を接地する回路構成にすれば実用
上問題はない。

【００１５】誘導コイル２１Ａ，２２Ａは前述のように
１つのコイルとして巻回される。すなわち、引き出しリ
ード２１１を巻き始めとすると、引き出しリード２２２
が巻き終わりである。共通リード２０１は誘導コイル２
１Ａ，２２Ａの巻回作業の後、所定の位置にロー溶接な
どで電気的、機械的に接続される。前述のようにコイル
導体２００は絶縁被覆されているので、共通リード２０
１を接続するときには接続部分の絶縁被覆を取り除いて
行い、ロー溶接が終わったあと改めて絶縁被覆を施す。

【００１６】図３は図２のＡ−Ａ断面図である。共通リ
ード２０１はコイル導体２００と同じ導体が使用され
る。しかし、冷却水は２つの誘導コイル２１Ａ，２２Ａ
とは別に流す構成とし、共通リード２０１の図の右端に
給水管２０２が設けられる。もう一方の給水管は図の左
側の図示を省略した側にあって、一方の給水管から冷却
水が冷却孔２０３に供給されて他方の給水管から排水さ
れる。図示しない共通リード２０１の左側の部分は給水
管を含めて図５、図６の引き出しリード２１２，２２１
と同じで構成でよい。

【００１７】コイル導体２００と共通リード２０１との
接続は接続片２０４を介して銀ローなどのロー溶接で接
続される。接続片２０４を共通リード２０１の接続端に
挿入してあるのは、溶接面積を共通リード２０１の冷却
孔２０３を含めた全断面積になるようにして溶接部の機
械的強度を大きくするためである。コイル導体２００に
対して共通リード２０１はＴ字形に接続するので、共通
リード２００の左側に力がかかると接続部に大きな応力
が発生する。したがって、コイル導体２００と共通リー
ド２０１との接続部は充分の機械的強度を持つ構成でな
ければならない。このようなことから接続片２０４を挿
入する構成を採用したものである。この部分に必要とす
る機械的強度を確保する構成としては、例えば、Ｔ字形
の接続片を使用して、Ｔ字の水平の片をコイル導体２０
０に溶接し、垂直の片を共通リードの冷却孔２０３に差
し込むという構成を採用することもできる。この場合、
Ｔ字の各片の長さと水平の片の断面積を適切に選択すれ
ば所要の機械的強度を得るのは容易である。また、共通
リード２０１の導体としてコイル導体２００と同じもの
を使用することにこだわるものでもない。

【００１８】接続片として給水孔２０２を一体化したよ
うな構成を採用することできる。いずれにしても、共通
リード２０１をコイル導体２００に接続する接続部の構
成はこの発明の目的に反しない範囲でどのような構成を
採用しても差し支えない。

【００１９】

【発明の効果】この発明は前述のように、第１と第２の
誘導コイルを１つのコイルとして巻回し、途中から共通
リードを１本引き出した構成を採用することによって、
２本の引き出しリードを１本の共通リードで共用するこ
とができることから、引き出しリードを曲げて引き出す
ために生ずる周方向の隙間がなくなり、誘導コイルの軸
方向の占積率が向上するという効果が得られる。また、
引き出しリードの本数は従来の４本が３本になるので、
引き出しリードの端末に設けられる給水孔や電源との接
続のための端子金具の数が減ることによるコストダウン
の効果も得られる。さらに、共通リードに冷却孔を設け
てこの冷却孔に冷却水を供給する構成を採用することに
よって、第１と第２の誘導コイルとは独立に効率良く冷
却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の２つの誘導コイルの引き出
しリード側からみた立面図

【図２】図１の誘導コイルの一部の平面図

【図３】図２のＡ−Ａ断面図

【図４】浮揚溶解装置の縦断面斜視図

【図５】従来の２つの誘導コイルの引き出しリード側か
らみた立面図

【図６】図５の誘導コイルの一部の平面図

【符号の説明】

１…るつぼ、１１…セグメント、２００…コイル導体、
２１，２１Ａ…第１の誘導コイル、２２，２２Ａ…第２
の誘導コイル、２１１，２１２，２２１，２２２…引き
出しリード、２０１…共通リード、２０２…給水管、２
０３，２１０…冷却孔、２０４…接続片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芦田 有 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐久間 政喜 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−96853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−23712（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 6/32 H05B 6/36 H05B 6/44 F27B 14/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】良導体からなるセグメントが絶縁物を挟ん
   で周方向に重ねられて、下部になるほど径が小さくなる
   軸対象形状のるつぼ、このるつぼの外周に配置されたる
   つぼと同じ軸に軸対象に配置されコイル導体が軸方向に
   積み重ねて形成された第１と第２の２つの誘導コイル及
   びこれらの誘導コイルにそれぞれ異なる周波数の高周波
   電流を供給する第１と第２の２つの交流電源からなる浮
   揚溶解装置の、前記第１と第２の誘導コイルが１つのコ
   イルとして巻回され、これら２つの誘導コイルの第１と
   第２の誘導コイルとの境界位置から共通の引き出しリー
   ドである共通リードが引き出されるとともに、この共通
   リードに冷却水が供給される冷却孔を設けることを特徴
   とする浮揚溶解装置の誘導コイル。